轻稀土提纯风机技术解析：以S(Pr)1890-2.99型单级高速双支撑加压风机为核心

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轻稀土提纯风机技术解析：以S(Pr)1890-2.99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、S(Pr)1890-2.99离心鼓风机、风机配件与修理、工业气体输送、稀土镨提纯、风机选型与应用

引言：风机在稀土分离提纯中的核心作用

在稀土湿法冶金工业中，特别是轻稀土（铈组稀土）如镨(Pr)、钕(Nd)、铈(Ce)等的分离与提纯，是一个涉及萃取、浮选、煅烧等多道工序的复杂体系。这些工艺过程需要稳定、可靠且参数精确的气体输送与加压设备，以提供氧化、搅拌、气提、流态化或保护性气氛。离心鼓风机作为提供气源动力的核心装备，其性能直接关系到生产流程的连续性、产品的纯度及综合能耗。

针对轻稀土提纯工艺中不同压力、流量及介质特性的要求，发展出了专业化的风机系列。其中，“S(Pr)”型系列单级高速双支撑加压风机，凭借其结构紧凑、转速高、压力提升能力强、运行稳定的特点，特别适用于中等流量、需要较高出口压力的关键工段。本文将深入剖析专为镨(Pr)提纯工艺设计的S(Pr)1890-2.99型风机的基础知识，并系统阐述其关键配件构成、维修要点，以及输送各类工业气体的通用技术考量。

一、轻稀土提纯工艺与风机选型概述

轻稀土矿（如氟碳铈矿）经酸法或碱法分解后，进入分离提纯阶段。以镨的提取为例，常涉及溶剂萃取分离、碳酸镨沉淀、高温煅烧制备氧化镨等步骤。这些工序对风机的需求各异：

萃取与搅拌：需要风机向混合澄清槽提供稳定空气，促进相间传质，通常要求流量适中、压力较低。 气提与氧化：需向溶液或浆料中通入空气或氧气，以氧化特定价态离子或驱除杂质气体，要求风机具备一定的抗腐蚀能力和压力。 流态化煅烧：在回转窑或流化床中煅烧碳酸镨、氢氧化镨时，需鼓入热空气或保护性气体（如氮气、氩气），要求风机提供较高压力以克服床层阻力，且耐温、密封性要求极高。 物料输送与气体保护：粉体输送或惰性气氛保护需使用氮气、氩气等，要求风机密封绝对可靠，防止空气渗入。

为满足上述多元需求，形成了完整的稀土提纯专用风机谱系：

“C(Pr)”型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联，适用于中高压力、中等流量的工况，如为流化床提供稳定高压气源。 “CF(Pr)”/“CJ(Pr)”型系列专用浮选离心鼓风机：专为浮选工段优化，注重流量调节范围和运行经济性，为浮选槽提供充气。 “D(Pr)”型系列高速高压多级离心鼓风机：集成齿轮增速箱与多级叶轮，追求极高压力输出，用于穿透深床层或长距离气体输送。 “AI(Pr)”型系列单级悬臂加压风机：结构简单，维护方便，适用于中小流量、中低压的搅拌、曝气场合。 “S(Pr)”型系列单级高速双支撑加压风机（本文核心）：采用单级高性能叶轮，通过高速旋转（通常由齿轮箱增速）实现较高压升，转子两端支撑保证了高转速下的刚性。其性能介于多级风机与普通单级风机之间，具有效率高、结构相对紧凑、调节性好的特点，非常适合作为煅烧前级供气、氧化工序供气等关键加压节点。 “AII(Pr)”型系列单级双支撑加压风机：与S系列相比，通常转速较低，适用于更注重长期连续稳定运行、对压力要求稍低的工况。

S(Pr)1890-2.99型风机正是“S(Pr)”系列中的一款典型产品，专为满足镨提纯流程中某一特定高压气需求点而设计。

二、 S(Pr)1890-2.99型风机详解：型号释义与技术特性

型号完整解读：

“S”：代表“S系列单级高速双支撑加压风机”的基本型式。 “(Pr)”：明确标示此风机为镨(Pr)元素提纯工艺流程专用或优选型号，其材质选择、密封设计、润滑方案等均考虑了镨提纯工艺环境的特定要求（如可能接触的介质腐蚀性、洁净度等）。 “1890”：表示风机在设计工况下的进口容积流量为每分钟1890立方米。这是风机最核心的参数之一，决定了其供气能力。该流量能满足一个中型流化床煅烧炉或数个大型氧化反应器的气量需求。 “-2.99”：表示风机在设计流量下，出口法兰处的气体压力为2.99个绝对大气压（即约0.199兆帕表压）。此压力足以克服后续管道、阀门及反应器床层的阻力，确保气体有效注入。 进气压条件：型号中未出现“/”符号，表明其设计进口压力为标准大气压（1个绝对大气压）。因此，该风机的压比（出口绝对压力与进口绝对压力之比）即为2.99。

技术特性与性能要点：

气动设计：采用后弯式或三维流线型的高效率单级叶轮。叶轮经过精密动平衡校正，确保在高速下运行平稳。其性能曲线（压力-流量曲线、功率-流量曲线、效率-流量曲线）在1890立方米/分钟、2.99大气压的设计点附近达到最高效率区域。 驱动与转速：通常由电动机通过齿轮增速箱驱动。电机转速（如2980转/分钟）经齿轮箱提升至风机工作转速（可能高达上万转/分钟），从而实现单级叶轮产生较高压头。转速的精确控制是保证性能的关键。 介质适应性：基础设计介质为空气。但当用于输送其他工业气体时，风机的功率、压力曲线会因气体密度、绝热指数等物理性质不同而变化。选型时必须进行性能换算。例如，输送密度小于空气的氢气时，在相同转速下产生的压力将显著降低，而所需功率也会变化。 选型确定：如同“S(Pr)800-2.4”型与跳汰机配套选型一样，S(Pr)1890-2.99也必是与镨提纯流程中的特定设备（如某型号煅烧炉、氧化塔）进行严格工艺计算后匹配确定的，确保了风机工况点落在高效区，避免喘振或堵塞现象。

三、风机核心配件系统详解

一台高效稳定的S(Pr)1890-2.99风机，依赖于以下精密配件的协同工作：

风机主轴：作为转子的核心骨架，传递全部扭矩并承受转子重力、残余不平衡力及气体力。通常采用高强度合金钢（如42CrMo）锻造，经调质处理保证综合机械性能。其加工精度极高，特别是与轴承、叶轮、联轴器配合的轴颈部位，尺寸公差和形位公差严格，表面硬度需满足要求。 风机转子总成：这是风机的“心脏”，包括主轴、叶轮、平衡盘（如有）、联轴器部件等。叶轮是关键气动部件，常用不锈钢（如304、316）或高强度铝合金制造，以抵抗微弱腐蚀并保证强度。转子组装后必须进行高速动平衡，将不平衡量控制在极低标准（如G2.5级），这是减少振动、保证长周期运行的根本。 风机轴承与轴瓦：高速双支撑结构通常采用滑动轴承（轴瓦）。轴瓦材料多为锡基巴氏合金，具有良好的嵌入性、顺应性和抗疲劳性。润滑油在轴与轴瓦间形成稳定的动压油膜，实现液体摩擦。轴承箱内设有油槽、油路，确保充分润滑和冷却。轴承的间隙、瓦背过盈量等装配参数至关重要。 密封系统： 气封（级间密封、轴端密封）：通常采用迷宫密封。在转子上车制梳齿，与静止件上的蜂窝状或直通式密封齿形成一系列节流间隙，有效减少高压气体向低压区的泄漏。密封间隙是影响风机效率的重要参数。油封：位于轴承箱两端，防止润滑油外泄。常用骨架油封或氟橡胶唇形密封。 碳环密封：在输送氢气、氮气、氩气等贵重或危险工业气体时，轴端密封常升级为碳环密封。它由多个分裂的碳环在弹簧力作用下紧贴轴表面，形成更有效的径向密封，泄漏量远小于迷宫密封，安全性高，是工业气体输送风机的标准配置。 轴承箱：容纳轴承、轴瓦和润滑油的壳体。要求刚性足，保证轴承座孔的对中性；同时内部油路设计合理，确保油膜稳定形成和热量及时导出。

四、风机常见故障与维修要点

对S(Pr)1890-2.99这类高速风机，预防性维护和精准修理是保障其寿命的关键。

振动超标：原因：转子动平衡破坏（叶轮结垢、磨损、腐蚀）；对中不良；轴承（轴瓦）磨损、间隙增大；基础松动；喘振。维修：停车检查，重新进行现场动平衡或送厂动平衡；重新激光对中；检查、刮研或更换轴瓦；紧固地脚；调整工况点，避开喘振区。 轴承温度高：原因：润滑油油质劣化、油量不足；冷却水系统故障；轴瓦间隙过小或接触不良；转子对中不良导致附加载荷。维修：更换合格润滑油，检查油泵、滤网；清理冷却器；修刮轴瓦至规定间隙和接触斑点；重新对中。 风量或压力不足：原因：进口过滤器堵塞；密封间隙磨损过大，内泄漏严重；转速下降（皮带打滑、变频器故障）；叶轮腐蚀或严重积垢。维修：清洗或更换滤芯；检查并调整或更换迷宫密封齿、碳环；检查驱动系统；清理或更换叶轮。 气体泄漏：原因：轴端密封（迷宫密封或碳环密封）磨损；壳体结合面密封垫损坏。维修：更换密封件。对于碳环密封，需检查弹簧弹力和环体磨损情况，成组更换。 大修流程：通常结合设备大检修进行。包括：解体检查、清洗所有部件；无损探伤检查主轴和叶轮；测量所有配合间隙；根据检查结果修复或更换损坏件（如轴瓦、密封、轴承）；重新组装、对中、单机试车。大修后应达到或接近出厂性能标准。

五、输送不同工业气体的特别说明

S(Pr)1890-2.99风机虽然为镨提纯设计，但其设计原理使其经过适当选型调整后，可适用于多种工业气体。关键在于根据气体特性进行严谨的二次核算和针对性设计：

性能换算公式（核心）： 压力与功率换算基本准则：当风机转速不变时，其产生的压头（单位质量流体获得的能量）理论上与气体密度无关。但实际出口压力与气体密度成正比，而所需轴功率也与气体密度成正比。 换算关系：假设从输送空气（密度为ρ1）改为输送某种气体（密度为ρ2），在相同转速和流量（体积流量）下：出口压力变化：P2 ≈ P1 * (ρ2 / ρ1) 轴功率变化：N2 ≈ N1 * (ρ2 / ρ1) 必须核算：选型时，必须使用目标气体的密度、绝热指数等参数，在风机特性曲线上重新确定工作点，并校核电机功率是否足够。 针对不同气体的特殊考量： 氧气(O₂)：禁油设计至关重要。所有与氧气接触的部件（流道、密封腔）必须彻底脱脂清洗，采用无油润滑或使用与氧兼容的润滑剂/密封材料，防止燃爆。 氢气(H₂)：密度极小，约为空气的1/14。相同压力下所需功率降低，但密封要求极高。必须采用碳环密封或干气密封等高效密封形式，防止易燃易爆的氢气泄漏。同时，电机需防爆。 氮气(N₂)、氩气(Ar)、氦气(He)、氖气(Ne)：通常作为惰性保护气体。要求风机泄漏率低，防止空气渗入污染气体纯度。碳环密封是优选。对于氦气等密度极低气体，性能换算时功率下降显著，但也要关注其高音速特性对叶轮设计的潜在影响。 二氧化碳(CO₂)、工业烟气：可能含有水分、酸性成分。需评估腐蚀性，叶轮、壳体材质可能需升级为更耐蚀的不锈钢（如316L）或进行涂层保护。注意烟气可能结垢，需设计清洗入口。 混合无毒工业气体：明确其组分比例，计算出平均分子量和等效密度、绝热指数，再进行精确的性能换算和选型。

结论

S(Pr)1890-2.99型单级高速双支撑加压风机作为轻稀土镨提纯工艺流程中的关键动力设备，体现了专用风机设计与特定工艺需求的深度结合。从型号解读到性能理解，从核心配件认知到维护修理要点，再到拓展应用于多种工业气体的技术考量，掌握其系统知识对于保障稀土生产的稳定、高效与安全运行具有决定性意义。作为风机技术从业者，我们应深入理解工艺，精准选型，精心维护，使风机设备在包括稀土冶炼在内的众多工业领域发挥出最大效能。

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