轻稀土提纯风机关键技术解析:以S(Pr)778-1.37型单级高速双支撑加压风机为核心

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轻稀土提纯风机关键技术解析:以S(Pr)778-1.37型单级高速双支撑加压风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯风机，铈组稀土，镨(Pr)，S(Pr)778-1.37，离心鼓风机，风机配件，风机修理，工业气体输送

引言

在稀土，特别是轻稀土（铈组稀土）的冶炼与提纯工艺链中，气体输送与加压是关键环节之一，直接关系到分离效率、产品质量与能耗水平。作为为各类分离、浮选、焙烧等工序提供稳定气源的核心动力设备，离心鼓风机的性能、可靠性及与工艺的匹配度至关重要。本文将结合轻稀土（以镨Pr为例）提纯工艺特点，系统阐述相关离心鼓风机的基础知识，并重点对S(Pr)778-1.37型单级高速双支撑加压风机进行深入解析，同时对风机关键配件、常见修理要点以及输送各类工业气体的特殊考量进行说明。

一、轻稀土提纯工艺与风机选型概述

轻稀土（铈组稀土）主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素。其提纯过程常涉及焙烧、酸溶、萃取、沉淀、煅烧等多道工序，这些工序需要不同压力、流量和洁净度的气体参与，如助燃空气、氧化/还原性烟气、保护性气体（如氮气、氩气）、或作为动力介质的压缩空气等。

针对不同的工艺环节和气体介质，发展出了系列化的专用离心鼓风机，以满足特定需求：

“C(Pr)”型系列多级离心鼓风机：适用于需要较高压比但流量中等的场合，如某些焙烧炉的送风系统，采用多级叶轮串联，效率较高，压力提升平缓。 “CF(Pr)”与“CJ(Pr)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门为稀土浮选工艺设计，注重流量调节的稳定性和运行的可靠性，以确保浮选槽内气泡生成均匀、稳定。 “D(Pr)”型系列高速高压多级离心鼓风机：适用于对出口压力要求非常高的工艺点，通常采用齿轮箱增速，结构紧凑，能达到单级鼓风机难以企及的压力。 “AI(Pr)”型系列单级悬臂加压风机：结构简单，维护方便，适用于中低压、中等流量的气体输送，叶轮悬臂安装，常用于一般性空气输送或辅助系统。 “AII(Pr)”型系列单级双支撑加压风机：转子两端支撑，稳定性优于悬臂式，适用于流量和压力参数稍高的工况，是应用广泛的通用型加压风机。 “S(Pr)”型系列单级高速双支撑加压风机：本文重点机型所属系列。其特点是采用高速单级叶轮（通常需配合增速齿轮箱实现高转速），双支撑结构确保了高转速下的转子动平衡精度和运行稳定性，能够以单级叶轮实现较高的压力升，效率高，结构相对多级风机更紧凑。特别适合在轻稀土提纯中需要较高压力、对设备占地面积和效率有要求的环节。

可输送的气体种类多样，包括：空气、工业烟气、二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氧气(O₂)、氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氢气(H₂)、混合无毒工业气体。不同气体的物理性质（如分子量、密度、比热容、绝热指数等）对风机的性能曲线、所需功率和结构设计有决定性影响。

二、 S(Pr)778-1.37型风机深度解析

S(Pr)778-1.37这一型号编码包含了该风机的核心技术参数与系列信息：

“S(Pr)”：表示该风机属于S系列，专为镨(Pr)及相关轻稀土提纯工艺设计或优化的单级高速双支撑加压风机。 “778”：表示风机在设计工况下的进口容积流量为每分钟778立方米。这是风机选型的首要参数，需根据工艺用气量并考虑管网损失、泄漏及一定余量后确定。 “-1.37”：表示风机出口的绝对压力为1.37个大气压（即约0.37公斤力每平方厘米的表压，或约37kPa的表压）。型号中未出现“/”符号，根据约定，表明其进口压力为标准大气压（1个大气压）。因此，该风机的设计压比（出口绝对压力/进口绝对压力）为1.37。

此型号风机常用于轻稀土提纯中需要一定压力气源的环节，例如：

为某些气流干燥装置提供热风载体。向压力稍高的反应容器中输送保护性气体（如N₂、Ar）。作为前置鼓风机，为后续更高压力设备提供初始压力。配套于特定设计的跳汰机或气流分级设备，提供稳定的上升气流或分级动力。其流量与压力的匹配正是“与跳汰机配套选型确定”的典型体现。

性能特点与设计考量：

高转速设计：为了实现单级叶轮产生1.37的压比，叶轮必须具有很高的周向速度。这通常通过电机驱动增速齿轮箱来实现，转速可能达到每分钟数千甚至上万转。高转速带来了紧凑的结构和高功率密度。 双支撑转子：主轴两端由轴承支撑，避免了悬臂结构在高速下的挠度变形和振动放大问题，显著提高了转子系统的刚性，保证了高转速下的稳定运行，这对延长机械密封和气封寿命至关重要。 高效叶轮：采用三元流设计等先进方法进行空气动力学优化，叶型通常为后向型，以兼顾较高的压头和效率。材质需根据输送气体性质选择，如输送洁净空气可采用高强度铝合金，若气体含有腐蚀成分则需采用不锈钢或特殊涂层。 压力控制：出口压力1.37个大气压是一个设计点。实际运行中，压力会随管网阻力和进气状态变化。通常通过调节进口导叶、改变转速（若为变频驱动）或放空回流等手段进行调节，以适应工艺波动。

三、关键配件详解

风机的长期可靠运行依赖于其核心配件的性能与质量。以下结合S系列风机特点，对主要配件进行说明：

风机主轴：作为转子系统的核心承载件，传递全部扭矩并承受径向和轴向载荷。必须具有极高的强度、刚性和疲劳抗力。材质一般为高强度合金钢（如40CrNiMoA），经调质处理和精密加工，保证轴颈部位的尺寸精度、表面硬度和光洁度，以满足轴承配合和密封要求。高速主轴需进行严格的动平衡校正。 风机轴承与轴瓦：高速风机常采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，因其承载能力大、阻尼性能好、适合高速运行。轴瓦通常为剖分式，内衬巴氏合金。其润滑至关重要，采用压力油循环润滑系统，既提供润滑又带走摩擦热。安装时需保证合适的轴承间隙（顶隙、侧隙），此间隙是形成润滑油膜的关键，需严格按照制造厂数据调整。 风机转子总成：这是一个核心高速旋转组件，主要包括主轴、叶轮、平衡盘（如有）、联轴器部件以及各种紧固件。装配前每个部件都需单独进行平衡，组装后必须进行整体高速动平衡，将不平衡量控制在极低的范围内（如G2.5级或更高），这是防止风机振动超标的基础。 气封与碳环密封：用于防止气体从转子与静子之间的间隙泄漏。在叶轮进口侧和级间，常采用迷宫密封，利用多次节流膨胀原理降低泄漏。在轴端，对于不允许气体外泄或空气进入的情况（如输送贵重、危险或纯净气体），碳环密封是常用选择。它由多个开槽的碳环组成，在弹簧力作用下紧贴轴套表面，形成动态密封。碳环具有自润滑、耐磨损、适应少量径向跳动的优点，但需关注其磨损后的自动补偿能力和冷却。油封：主要安装在轴承箱两端，防止润滑油外泄并阻挡外部灰尘进入。高速高温工况下，通常选用氟橡胶或聚四氟乙烯等材料的唇形密封或机械式油封，要求耐温、耐油、寿命长。 轴承箱：是容纳轴承、轴瓦并储存/分配润滑油的关键箱体部件。要求有足够的刚性和散热能力，内部油路设计合理，确保润滑油能充分供应到各个润滑点并顺利回流。通常设有观察窗、温度计插孔和振动探头安装座。

四、风机常见故障与修理要点

针对S(Pr)778-1.37这类高速风机，维护修理需格外精细：

振动超标：这是最常见故障。原因：转子不平衡（结垢、部件松动、叶轮磨损不均）、对中不良、轴承磨损/间隙过大、基础松动、喘振或旋转失速。修理：首先进行振动频谱分析，确定故障特征。最常见的是重新进行转子现场动平衡。检查并重新校正电机与齿轮箱、齿轮箱与风机的主机对中。检查更换轴瓦，调整间隙。紧固地脚螺栓。检查进口过滤器是否堵塞，避免进气不均引起失速。 轴承温度高：原因：润滑油质劣化、油量不足、油路堵塞、冷却器效率下降、轴承间隙过小、负载过大。修理：化验并更换合格润滑油。清洗滤网和油路。检查冷却水系统。复查轴承间隙是否符合标准。检查工艺系统是否超压运行。 风量或压力不足：原因：进口过滤器堵塞、密封间隙过大导致内泄漏严重、叶轮腐蚀或磨损严重、转速未达到额定值（皮带打滑、变频器问题）、管网阻力实际高于设计值。修理：清洗或更换滤芯。测量并调整迷宫密封或碳环密封间隙，必要时更换密封件。检查叶轮状态，严重时需修复或更换。检查驱动系统。复核管网实际状况。 气体泄漏：原因：轴端碳环密封磨损老化、密封气（如果有）压力不稳、密封腔体故障。修理：停机更换碳环密封组件。检查并稳定密封气系统。检查密封腔体有无裂纹或腐蚀。

大修注意事项：风机大修是一项系统工程，必须遵循拆卸、清洗、检查、测量、修理/更换、装配、对中、试车的标准流程。关键数据如轴瓦间隙、转子跳动、叶轮口环间隙、对中数据等必须详细记录并与原始出厂数据或安装规范比对。装配时需使用专用工具，确保力矩均匀。

五、输送不同工业气体的特殊考量

当S(Pr)系列风机用于输送非空气介质时，设计和运行需进行重大调整：

性能换算：风机的压头（能量头）特性与气体密度无关，但压力、功率与气体密度成正比。当输送气体分子量与空气(29)不同时，需进行换算。基本公式是：风机产生的压力正比于气体密度；轴功率正比于气体密度和质量流量。因此，输送轻气体（如H₂、He）时，在相同转速和流量下，出口压力和功率远低于输送空气；输送重气体（如Ar、CO₂）时则相反。选型时必须基于实际气体重新计算。 结构材料选择： 氧气(O₂)：严禁油脂，所有接触氧气的部件需严格脱脂，采用铜合金或不锈钢等不易发生火花和氧化燃烧的材料。润滑系统必须完全隔离。 腐蚀性气体（如酸性烟气、湿氯气）：过流部件需采用耐腐蚀合金（如哈氏合金、双相钢）或进行防腐涂层处理。 氢气(H₂)：注意材料的氢脆问题，避免使用高强度钢中易受氢脆影响的材料。密封要求极高，防止泄漏和爆炸风险。 密封系统强化：对于贵重、易燃易爆或有毒气体，密封系统是重中之重。碳环密封可能需配合干气密封或串联式迷宫密封使用，并引入压力更高的清洁缓冲气，确保工艺气体零泄漏。对于氢气等小分子气体，密封间隙需设计得更小。 防爆要求：输送易燃易爆气体（如H₂、某些烃类混合气）时，风机及其驱动电机、仪表均需满足相应的防爆等级要求，设计上避免产生火花和高温点。 运行安全：切换气体介质前，必须对风机和管路进行彻底的吹扫或置换，防止形成爆炸性混合气体。运行中需监测气体成分、温度、压力和振动等参数。

结论

S(Pr)778-1.37型单级高速双支撑加压风机，作为轻稀土镨提纯工艺中的一种高效气体增压设备，其设计精妙、结构紧凑，体现了专用化风机与特定工艺的深度融合。深入理解其型号含义、性能特点、核心配件构造以及维修要点，是保障其长期稳定运行、发挥最佳效能的基础。同时，当将其应用于输送空气之外的各类工业气体时，必须充分考虑气体物性带来的性能变化、材料兼容性、密封安全性和防爆等特殊要求，进行严谨的重新选型、设计和操作维护。唯有如此，才能确保在严苛的工业环境下，风机设备能够安全、高效、持久地为轻稀土提纯乃至更广阔的化工流程工业提供强劲而可靠的气动力支持。

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