轻稀土提纯风机：S(Pr)732-2.81型离心鼓风机技术全解

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轻稀土提纯风机：S(Pr)732-2.81型离心鼓风机技术全解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯风机、S(Pr)732-2.81型离心鼓风机、风机配件、风机修理、工业气体输送、稀土矿提纯、镨提纯设备、离心鼓风机技术

引言

稀土元素是现代工业的“维生素”，尤其在新能源、永磁材料、催化等领域具有不可替代的作用。轻稀土（铈组稀土）中的镨（Pr）是制造高性能钕铁硼永磁材料的关键元素，其提纯工艺对风机设备提出了特殊要求。在稀土矿的化学浸出、萃取分离、结晶干燥等提纯环节中，离心鼓风机承担着气体输送、气氛控制、氧化还原反应供气等关键任务。本文将围绕轻稀土（特别是镨）提纯专用的S(Pr)732-2.81型单级高速双支撑加压风机，系统阐述其工作原理、技术特性、配件构成、维护修理要点，并扩展分析稀土提纯过程中各类工业气体输送风机的选型与应用。

一、轻稀土提纯工艺对风机设备的特殊要求

轻稀土矿（以氟碳铈矿、独居石为主）的提纯通常采用“焙烧-酸浸-萃取-结晶”工艺路线。镨元素的分离与提纯多在萃取槽、结晶器等设备中进行，需要精确控制氧化还原气氛（通常涉及氧气、氮气的比例调节），同时输送的气体可能含有酸性成分（如工艺烟气、二氧化碳等）。因此，用于镨提纯的风机必须满足以下条件：

耐腐蚀性：输送的气体可能含有微量酸雾、有机溶剂蒸汽，风机过流部件需采用不锈钢或特殊涂层。 密封可靠性：防止工艺气体外泄（特别是氧气、氢气等危险气体）和外界空气渗入，保持工艺气氛纯度。 压力稳定性：萃取与结晶过程对气体压力波动敏感，要求风机出口压力稳定在±1%以内。 材质洁净度：避免铁离子等杂质污染稀土产品，转子、壳体等接触气体的部分需采用低碳不锈钢或特殊合金。 变频调速能力：适应工艺负荷变化，实现气量精确调节。

二、S(Pr)732-2.81型风机型号解析与技术参数

2.1 型号命名规则

根据行业规范，“S(Pr)732-2.81”的含义如下：

“S”：代表S系列单级高速双支撑加压风机。该系列采用单级叶轮、双轴承支撑结构，转速高（通常达8000-15000转/分），体积紧凑，适用于中等流量、中高压力场合。 “(Pr)”：表示该风机专为镨（Pr）提纯工艺设计或优化，在材质、密封、流道设计上考虑了镨提取的特定工况。 “732”：表示风机设计流量为每分钟732立方米（即732 m³/min）。这是标准进气状态（进口压力1个大气压，温度20℃，相对湿度50%）下的容积流量。 “-2.81”：表示风机出口绝对压力为2.81个大气压（即出口表压约为1.81 bar或0.181 MPa）。此处未出现“/”符号，表示进口压力为标准大气压（1个大气压）。

2.2 主要技术参数（示例）

流量范围：650-800 m³/min（可调） 进口压力：1.0 atm（标准状态） 出口压力：2.81 atm（绝对压力）升压：约1.81 bar 转速：约9800转/分（具体根据电机极数确定） 轴功率：约250-280 kW（取决于效率） 输送介质：清洁空气或中性工业气体（用于镨提纯的氧化/保护气氛） 结构形式：单级叶轮、双支撑、增速齿轮箱驱动 密封形式：碳环密封+迷宫密封组合（标准配置）

2.3 性能特点

S系列风机采用高速单级叶轮设计，通过高转速（通常需配备增速箱）达到所需的压力比。其特性曲线较陡，适合在恒定压力下流量变化不大的工况。双支撑结构（叶轮位于两轴承之间）刚性较好，临界转速高，运行平稳，适合连续长周期运行。专为镨提纯设计的变型，可能在叶轮材质上选用304L或316L不锈钢，并对表面进行抛光处理，以减少附着和污染。

三、风机核心部件详解

3.1 风机主轴

主轴是传递扭矩、支撑转子的核心零件。S(Pr)732-2.81的主轴通常采用42CrMo或类似合金钢，调质处理硬度HB 260-300，表面镀铬或氮化以提高耐磨性。主轴设计需进行临界转速计算，确保工作转速避开一阶和二阶临界转速的百分之二十五以上。轴肩、键槽等应力集中部位需采用圆角过渡，疲劳安全系数不低于一点八。

3.2 风机轴承与轴瓦

该型号采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，原因在于滑动轴承更适合高速重载工况，阻尼特性好，寿命长。轴瓦材料为巴氏合金（锡锑铜合金），厚度约二到三毫米，背衬为铸钢。轴承采用压力供油润滑，油膜厚度需保持在二十到五十微米之间。安装时需检查轴瓦间隙，一般控制在轴径的千分之一到千分之一点五之间。温度监测点设在轴瓦上瓦，报警温度设为七十五摄氏度，停机温度设为八十五摄氏度。

3.3 风机转子总成

转子总成包括叶轮、主轴、平衡盘（如有）、联轴器半体等。叶轮为闭式后弯型，叶片数十二到十八片，材质为不锈钢锻造后五轴数控加工而成。动平衡等级要求G二点五级（ISO 1940），残余不平衡量小于三克毫米每千克。叶轮与主轴采用过盈配合加键连接，过盈量按温差法装配计算，确保在最高工作转速下不松动。转子组装后需进行高速动平衡试验，转速升至一点二倍工作转速并稳定十分钟。

3.4 气封与碳环密封

为防止气体沿轴端泄漏，S(Pr)732-2.81采用组合密封：

迷宫密封：位于叶轮轮盖侧和轴承内侧，由三到五道铝制密封齿组成，间隙控制在零点二到零点四毫米。主要作用是降低泄漏气流的压力和速度。 碳环密封：作为主密封位于迷宫密封外侧。碳环由六到八个分段环组成，靠弹簧箍紧在轴上。碳材料具有自润滑性，允许少量摩擦，密封间隙几乎为零。碳环密封尤其适合不允许油污染的工艺气体。需定期检查碳环磨损情况，磨损量超过原厚度三分之一即需更换。

3.5 油封与轴承箱

轴承箱为铸铁或铸钢件，分上下半以便安装。油封采用双唇骨架油封或机械密封，防止润滑油外泄和灰尘进入。回油孔需保持通畅，确保轴承回油顺利。轴承箱上设有呼吸器，保持内部微负压，防止油雾外逸。

四、风机常见故障与修理要点

4.1 振动超标

可能原因：转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动、喘振。
修理步骤：

停机检查地脚螺栓和基础刚性。拆开联轴器，单独盘动风机转子，检查是否有卡涩。检查对中数据，冷态对中需考虑热膨胀偏移量，一般要求径向偏差小于零点零五毫米，角度偏差小于零点零二毫米每百米。若振动与负荷相关，检查是否进入喘振区，需调整运行点远离喘振边界线百分之十五以上。必要时对转子进行现场动平衡，采用三点加重法或影响系数法。

4.2 轴承温度高

可能原因：润滑油质差、油量不足、轴瓦间隙不当、冷却不良。
修理步骤：

取样化验润滑油，粘度、水分、颗粒度需符合ISO VG32标准。检查油路过滤器压差，超过零点一五巴即更换滤芯。测量轴瓦间隙，若过小则刮瓦，若过大则更换轴瓦。检查冷却水流量和温度，确保换热效率。

4.3 气量或压力不足

可能原因：滤网堵塞、密封间隙过大、转速下降、叶轮磨损或结垢。
修理步骤：

检查进口过滤器压差，清洁或更换滤芯。停机测量迷宫密封和碳环密封间隙，超标则调整或更换。校验转速表，检查变频器输出频率和电机滑差。打开机壳检查叶轮流道，如有结垢（稀土工艺中可能附着铵盐等），需用温水或专用清洗剂冲洗，严禁硬物刮擦。

4.4 碳环密封快速磨损

可能原因：轴窜动大、气体带液或固体颗粒、弹簧力不均。
修理步骤：

检查转子轴向窜量，应小于零点三毫米，过大需调整止推轴承。检查工艺气体净化系统，确保进气含尘量小于五毫克每立方米，无液滴。更换碳环时，确保八个分段环的搭接间隙均匀，弹簧自由长度一致。

4.5 大修周期与内容

建议每运行两万四千到三万小时进行一次全面大修，内容包括：

转子总成吊出，全面清洗检查。叶轮超声波探伤，检查裂纹。主轴尺寸精度和跳动测量，必要时修磨或更换。轴承箱内部清理，油路冲洗。更换所有密封件（碳环、油封、垫片）。机组重新对中、灌浆、找平。空载试车四小时，负载试车八小时，监测振动、温度、性能。

五、轻稀土提纯中其他风机型号简介

除了S系列，镨及其他轻稀土提纯中还可能用到以下系列风机，选型依据工艺段的气体种类、压力、流量和洁净度要求：

5.1 “C(Pr)”型系列多级离心鼓风机

采用两到六级叶轮串联，每级叶轮后设导叶和扩压器。特点：压力范围广（可达四到十巴），效率较高，但结构复杂，体积大。适用于稀土焙烧炉的鼓风或烟气引风，流量范围广。

5.2 “CF(Pr)”与“CJ(Pr)”型系列专用浮选离心鼓风机

专为稀土矿浮选工序设计，要求压力稳定、气量可调范围宽，以控制气泡大小和数量。CF型可能为多级，CJ型可能为单级，但共同点是耐潮湿气候（因浮选车间湿度大），过流部件防腐处理。

5.3 “D(Pr)”型系列高速高压多级离心鼓风机

采用整体齿轮增速式结构，多个叶轮直接安装在齿轮轴上，转速可达三万转每分以上。特点：体积小、压力高（可达十五巴以上）、效率高。适用于需要高压气体的氢还原工序或高压氧化工序。

5.4 “AI(Pr)”型系列单级悬臂加压风机

叶轮悬臂安装，结构简单，检修方便。但承载能力有限，适合中小流量（三百立方米每分钟以下）、中低压头工况。可用于稀土料液的搅拌充气或小型储罐的气体覆盖。

5.5 “AII(Pr)”型系列单级双支撑加压风机

类似于S系列，但转速较低，压力也较低，通常用于气体循环或低压输送。结构更简单，维护成本低。

六、工业气体输送风机的特殊考量

稀土提纯中输送的气体性质各异，风机设计需针对性调整：

6.1 氧气（O₂）输送

氧气风机需禁油处理，所有接触氧气的部件需脱脂清洗，材质选用铜合金或不锈钢（避免碳钢）。运行中严格控制温升，防止局部过热。密封必须严密，防止油脂渗入。

6.2 氢气（H₂）输送

氢气密度小，渗透性强，易泄漏。风机轴封需采用干气密封或双端面机械密封，壳体结合面用氢致密封胶。电气设备需防爆等级Ex d IIB T4以上。设计时注意氢气压缩温升较高，需核算冷却系统。

6.3 二氧化碳（CO₂）、氮气（N₂）、惰性气体（He、Ne、Ar）

这些气体一般化学性质稳定，但二氧化碳可能含水形成碳酸腐蚀，故材质建议用316L。氮气和惰性气体通常用于保护气氛，要求泄漏率低，密封等级高。氦气分子小，极易泄漏，密封设计最为严格。

6.4 工业烟气

稀土焙烧或煅烧产生的烟气可能含SO₂、HCl、氟化物等酸性成分及粉尘。风机需采用耐酸不锈钢（如2205双相钢）或内衬氟塑料，进口设喷淋洗涤和除雾器。叶轮需考虑防磨损设计，如加厚叶片或喷涂碳化钨。

6.5 混合无毒工业气体

根据混合气体的爆炸极限、密度、热容等参数重新计算风机性能曲线。特别注意若含可燃成分，需整体防爆设计。

七、S(Pr)732-2.81风机的选型与运行建议

7.1 选型步骤

确定工艺所需的气体种类、进口状态（压力、温度、湿度）、质量流量或标准容积流量。计算所需出口压力，考虑管路、阀门、设备阻力损失，留出百分之十到十五的余量。根据气体性质选择风机材质和密封形式。将工况流量和压力换算到风机样本的标准状态，初步选择型号。核对风机性能曲线，确保工作点落在高效区（通常为最高效率点的百分之八十到一百一十区间），且远离喘振线。确定电机功率，考虑传动损失和安全系数，一般放大一点一到一点二倍。确定控制系统要求：是否需要变频、防爆、远程监控等。

7.2 安装与调试

基础需有足够质量，通常为设备质量的二到三倍，避免共振。进口管道设柔性节和过滤器，出口设止回阀和消声器。初次开机前，手动盘车无卡涩，点动检查旋转方向。润滑油循环冲洗至清洁度NAS 7级以上。逐步升负荷，记录各点振动、温度、电流数据。

7.3 日常维护

每日记录振动、轴承温度、油位、过滤器压差。每月检查油质，取样分析。每季检查联轴器对中、地脚螺栓紧固度。每年进行一次全面状态检测，包括振动频谱分析、红外热成像。

结语

S(Pr)732-2.81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设备，其稳定高效运行直接关系到产品的纯度、产量和能耗。深入理解其型号含义、结构特点、配件功能和维修要点，是风机技术人员保障生产顺行的基础。随着稀土提纯技术向绿色、高效、智能化发展，未来风机将更多地集成在线监测、智能诊断、自适应调节等功能，但其核心仍将围绕可靠性、高效性和专用化展开。选择与工艺完美匹配的风机，并实施科学的维护管理，方能助力我国稀土产业的高质量发展。

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