轻稀土提纯离心鼓风机技术详解：以S(Pr)376-3.5型风机为核心

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轻稀土提纯离心鼓风机技术详解：以S(Pr)376-3.5型风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈组稀土、镨提纯风机、S(Pr)376-3.5、离心鼓风机结构、风机维修、工业气体输送、碳环密封、稀土冶炼专用设备

引言：风机在轻稀土提纯工艺中的关键角色

在稀土冶炼，特别是以镧、铈、镨、钕等为代表的轻稀土（铈组稀土）分离提纯过程中，稳定、高效、可靠的气体输送与加压设备是工艺核心保障。离心鼓风机作为提供氧化、搅拌、流态化、气力输送等关键动力的“肺脏”，其性能直接关系到产品的纯度、收率与生产成本。本文将从一线技术工程师的视角，深入剖析应用于镨（Pr）提纯工艺的典型设备:S(Pr)376-3.5型单级高速双支撑加压风机的基础知识，并系统阐述其配件组成、维修要点及在输送各类工业气体时的技术考量，以期为同行提供切实的参考。

第一章：轻稀土提纯工艺对风机的特殊要求

轻稀土提纯流程（如萃取分离、煅烧、氧化焙烧等）通常涉及复杂的气相环境。风机不仅需要输送洁净空气为氧化过程供氧，还可能需处理含有一定腐蚀性成分（如微量氟化物、氯化物蒸气）的工业烟气，或为惰性保护气氛输送氮气、氩气等。因此，专用风机必须具备：

高压力稳定性：确保反应釜或焙烧炉内气固两相接触均匀，压力波动需控制在极小范围。 优良的介质适应性：过流部件材质需能耐受特定气体的腐蚀与冲刷。 卓越的密封性能：防止贵重、有毒或危险性气体外泄，也防止空气侵入影响工艺气氛。 高运行效率与可调性：适应工艺参数的变化，实现节能降耗。

为满足上述多元需求，风机行业开发了针对性的系列产品，如文中提及的C(Pr)、CF(Pr)、CJ(Pr)、D(Pr)、AI(Pr)、AII(Pr)及S(Pr)等系列。每个系列在结构、压力范围和适用场景上各有侧重，共同构成了完整的稀土冶炼风机解决方案。

第二章：S(Pr)376-3.5型风机深度解析

型号释义：
以“S(Pr)376-3.5”为例进行解读：

“S”：代表“S系列单级高速双支撑加压风机”。其结构特点是叶轮单级、转子高速运转，并由位于叶轮两侧的轴承箱支撑，具有结构紧凑、刚性高、临界转速高、适合较高压比的优点。 “(Pr)”：明确标示此风机设计优化适用于镨（Pr）元素的提纯工艺环节，意味着其在材料选择、间隙控制、防腐蚀处理等方面进行了特别考量。 “376”：表示风机在设计工况下的进口体积流量为每分钟376立方米。这是选型的核心参数之一，直接匹配工艺所需的气体流量。 “-3.5”：表示风机在设计流量下，出口出口静压为3.5个标准大气压（表压），即出口绝对压力约为4.5个大气压。此压力参数是满足工艺气体穿透料层、克服系统阻力的关键。 进口气压约定：型号中未使用“/”符号分隔进、出口压力值，依据规范，这默认表示风机进口压力为1个标准大气压（常压）。若进口非标况，型号会以“S(Pr)376/0.8-4.3”等形式表示，意为进口压力0.8个大气压，出口压力4.3个大气压。

性能特点与工艺适配性：
S(Pr)376-3.5型风机属于单级高速离心式，其压力提升主要依靠高转速下叶轮赋予气体的高动能，再在蜗壳和扩压器中高效转化为压力能。对于轻稀土提纯中常见的、需要中等压力（2-5个大气压）、流量要求相对稳定的氧化或气力输送环节，该型号风机相比多级风机（如D系列）结构更简单、维护更方便；相比悬臂式风机（如AI系列）则具有更好的转子稳定性和承压能力，非常适合作为镨萃取后氧化工序或中型焙烧炉的配套气源设备。其“高速”特性要求在动平衡、轴承润滑和振动控制上具备极高的精度。

第三章：核心配件系统详解

一台高效可靠的S(Pr)376-3.5风机，依赖于以下精密配件的协同工作：

风机转子总成：这是风机的“心脏”。由主轴、叶轮、平衡盘（如有）、联轴器等部件组成。主轴通常采用高强度合金钢（如42CrMo），经调质处理，具有极高的强度和韧性，以承受高速旋转的扭转载荷。叶轮作为核心做功部件，针对输送气体性质，可能采用不锈钢（如304、316L）、双相钢或钛合金等材质，通过五轴数控加工中心精密制造，并经严格的动平衡校正，确保残余不平衡量达到G2.5或更高标准。 支撑与润滑系统：风机轴承与轴承箱 风机轴承（轴瓦）：S系列双支撑结构通常采用滑动轴承（轴瓦），以其承载能力强、阻尼性能好、适合高速重载的优点被广泛应用。轴瓦内衬巴氏合金，具有良好的嵌藏性和顺应性。润滑油在轴与轴瓦间形成稳定的动压油膜，实现液体摩擦。轴瓦间隙（常通过压铅法或量表测量）是关键装配参数，直接影响振动和温升。 轴承箱：作为轴承的载体和润滑油路的容器，要求具有足够的刚性和精度。箱体设有油位镜、测温点（铂热电阻）、以及进出油口，与稀油站循环系统连接，确保恒压、恒温、清洁的润滑油供应。 密封系统：气体零泄漏的保障 气封与碳环密封：在叶轮进口侧、级间及轴端，防止气体沿轴泄漏。对于S(Pr)系列，碳环密封是高端配置。它由多个分割的碳环组成，依靠弹簧力提供径向追随性，与轴形成极小的非接触间隙，密封压差高、摩擦功耗低、寿命长，尤其适合不允许油脂污染工艺气体的场合。维护时需检查碳环磨损量及弹簧弹力。油封：主要安装在轴承箱两端，防止润滑油外泄。常用迷宫密封、骨架油封或机械密封的组合形式。维护需关注唇口磨损或老化情况。 其他关键配件：包括确保气流平稳导入的进气室、将动能转化为压力能的蜗壳与扩压器、调节工况的进口导叶或出口阀门、监测安全的振动与温度传感器，以及为整机提供动力的变频调速电机或增速齿轮箱。

第四章：风机常见故障与维修要点

基于S(Pr)系列风机的运行特点，其维修应注重预防和精准。

振动超标：这是最常见故障。原因：转子积垢导致动平衡破坏；叶轮磨损或腐蚀不均匀；轴瓦磨损，间隙增大；对中不良；基础松动；喘振。维修：停机后彻底清洁转子，并重新进行高速动平衡；检查并更换超标轴瓦；严格按照激光对中仪数据重新对中；紧固地脚螺栓；通过检查进口过滤器、调节放空阀或工艺参数避免喘振工况。 轴承温度高：原因：润滑油质不合格（含水、杂质）；油路堵塞或油量不足；轴瓦刮研不良，接触角不合适；冷却器效率下降。维修：化验并更换合格润滑油；清洗油路、滤网，检查油泵；重新刮研轴瓦，确保接触点均匀；清洗冷却器水垢。 风量或压力不足：原因：进口过滤器堵塞；密封间隙（特别是碳环密封间隙）因磨损过大，内泄漏严重；叶轮腐蚀或磨损，效率下降；转速未达额定值。维修：清洗或更换滤芯；测量并调整密封间隙至设计值，更换磨损的碳环；评估叶轮状态，必要时修复或更换；检查电机及变频器。 气体泄漏：原因：轴端密封（碳环、迷宫）失效；壳体连接面或管路法兰密封垫损坏。维修：更换失效的密封组件；紧固螺栓或更换密封垫片。

大修建议：风机通常运行18000-24000小时后应考虑进行预防性大修。内容包括：转子总成的全面检查与动平衡；全部轴承、密封件的更换；流道内部的腐蚀检查与修复；润滑油系统的彻底清洗；仪表仪器的校验。大修后必须进行机械运转试验和性能测试。

第五章：输送不同工业气体的技术考量

S(Pr)系列风机虽为镨提纯优化，但其设计原理使其通过调整材质和密封，可安全输送多种工业气体。这是其通用性的体现，也是选型时必须明确的重点。

空气：最常用介质。主要注意进气过滤，防止灰尘颗粒磨损叶轮和密封。 工业烟气：成分复杂，可能含腐蚀性气体和粉尘。必须前置高效洗涤、除雾和过滤装置。过流部件需升级为更耐蚀材料（如哈氏合金），并考虑结垢清洗方案。 惰性气体（N₂, Ar, He, Ne）：性质稳定。关键是极致的密封性，防止泄漏造成经济损失和气氛破坏。碳环密封、干气密封是优选。压缩机氦气、氖气时，因其分子量小，需更高转速或更多级数才能达到相同压比。 氧气（O₂）：强氧化性，危险性高。所有过流部件必须采用禁油设计，并彻底脱脂清洗。材质选择上，铜合金、不锈钢（如304L）常用，但需确保在氧气流速下的安全性，避免摩擦或冲击引发燃爆。润滑系统必须与气缸完全隔离。 氢气（H₂）：密度小、易泄漏、易燃易爆。对密封要求极高，通常采用串联式干气密封。壳体设计需考虑防爆泄压。由于氢气密度仅为空气的1/14，在相同转速和叶轮下，其产生的压头较低，电机功率也会大幅下降，选型时需特殊性能换算。 二氧化碳（CO₂）：高密度气体，在特定温压下可能凝华。需注意出口温度，防止固态干冰形成。材质需考虑其潮湿环境下的弱酸性腐蚀。

通用选型修正：当输送气体非空气时，风机的流量、压力、功率必须依据气体的密度、绝热指数等物理参数进行严格换算。风机定律（相似定律）是基础工具，但具体选型需依赖风机厂家提供的性能换算软件或曲线。

结论

S(Pr)376-3.5型单级高速双支撑加压风机，作为轻稀土镨提纯工艺中的关键动力设备，其高效稳定的运行是现代化稀土冶炼生产线顺行的基石。深入理解其型号含义、吃透核心配件原理、掌握科学的维修维护方法，并明晰不同工艺气体对风机设计的特殊要求，是每一位风机技术管理人员的职责。从具体的S系列出发，延伸到C、D、AI等多系列，构建起针对稀土全流程的立体化风机选型与应用知识体系，方能从容应对复杂的生产挑战，为保障国家战略资源的高效、绿色提取贡献力量。

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