轻稀土提纯风机之S(Pr)2651-3.0型离心鼓风机技术详析与应用维护

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轻稀土提纯风机之S(Pr)2651-3.0型离心鼓风机技术详析与应用维护

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈组稀土、镨提纯、S(Pr)2651-3.0离心鼓风机、风机配件、风机修理、工业气体输送

引言

在轻稀土（铈组稀土）的湿法冶金提纯工艺中，特别是针对镨（Pr）等元素的分离与富集，高效、稳定、可靠的流体输送与气体加压设备至关重要。离心鼓风机作为提供高压气源的核心动力设备，其性能直接关系到萃取、吹脱、气提、物料输送等多个关键工序的效率与稳定性。围绕镨提纯工艺，已发展出诸如C(Pr)、CF(Pr)、CJ(Pr)、D(Pr)、AI(Pr)、S(Pr)、AII(Pr)等多个专用风机系列。本文将聚焦于其中适用于大中型规模、对压力与流量均有较高要求的S(Pr)型系列单级高速双支撑加压风机，并以S(Pr)2651-3.0这一具体型号为对象，深入剖析其基础知识、结构特点、在工业气体输送中的应用以及关键配件的维护与修理要点。

第一章：S(Pr)系列风机与轻稀土提纯工艺概述

1.1 轻稀土提纯工艺对风机的特殊要求
轻稀土（主要包括镧、铈、镨、钕等）提纯过程涉及大量酸碱介质、有机萃取剂以及可能产生的腐蚀性工业烟气。工艺用气不仅需要洁净的空气，还可能涉及氮气（N₂）保护、氧气（O₂）氧化、二氧化碳（CO₂）调节pH或沉淀等。因此，配套风机需具备：

广泛的介质适应性：能够安全输送多种惰性、活性或腐蚀性工业气体。 高可靠性与长周期运行：提纯生产线连续性强，非计划停机代价高昂。 精确的压力与流量控制：满足不同工艺阶段对气量、气压的精细要求。 良好的密封性能：防止工艺气体泄漏污染环境或危险气体外泄，也防止空气渗入影响工艺。

1.2 S(Pr)系列风机定位与技术特点
S(Pr)系列属于单级高速双支撑加压风机。其型号编码规则清晰，以本文核心机型S(Pr)2651-3.0为例进行解读：

“S”：代表S系列，即单级高速双支撑加压风机的基本构型。 “(Pr)”：表示该风机设计或优选应用于镨（Pr）元素的提纯工艺流程。这通常意味着在材料选择、密封方案、冷却方式等方面针对镨提纯的常见工况（如可能接触的介质特性、环境）进行了特别考量。 “2651”：表示风机在设计工况下的进口体积流量，单位为立方米每分钟（m³/min）。即该风机流量为2651 m³/min。这是一个相当大的流量值，表明其适用于大规模生产。 “-3.0”：表示风机的出口表压（相对于标准大气压）为3.0公斤力每平方厘米（kgf/cm²），约合0.294兆帕（MPa），即出风口压力为约3个标准大气压（绝压约为4个大气压）。根据说明，当型号中没有“/”符号时，默认进气压力为1个标准大气压（绝压）。因此，S(Pr)2651-3.0完整含义为：适用于镨提纯工艺的S系列单级高速双支撑离心鼓风机，进口压力为标准大气压，设计流量2651 m³/min，出口压力3.0 kgf/cm²（表压）。

其技术特点在于“单级高速”和“双支撑”：

单级高速：通过单个叶轮的高速旋转（通常由增速齿轮箱驱动，转速可达每分钟数千甚至上万转）来一次性达到所需的压力升高。相比多级风机，结构相对紧凑，但在达到相同压比时对叶轮强度和气体动力学设计要求极高。 双支撑（两端支撑）：风机转子（叶轮与主轴）的两端均由独立的轴承箱支撑。这种结构刚性优异，运行平稳，能承受较大的转子重量和载荷，特别适合大流量、较高转速的场合，是大型高速离心风机的典型结构。

第二章：S(Pr)2651-3.0风机核心部件（配件）详解

理解风机配件是进行维护、修理和故障分析的基础。以下是该型号的关键部件说明：

2.1 风机转子总成
这是风机的“心脏”，核心旋转部件。主要包括：

主轴：通常由高强度合金钢锻造而成，经过精密加工和动平衡校验。它承载叶轮，传递来自齿轮箱的巨大扭矩，其刚性、强度及临界转速设计至关重要。叶轮：作为唯一做功部件，其设计直接决定风机性能。为适应2651 m³/min的大流量和3.0 kgf/cm²的压升，S(Pr)2651-3.0的叶轮多为三元流后向或径向叶片设计，采用高强度铝合金、不锈钢或钛合金等材料精密铸造或焊接而成，并经过超速试验和严格的动、静平衡校正。

2.2 轴承系统与轴承箱
作为“双腿”，支撑转子稳定旋转。

轴承类型：对于高速重载的S系列，滑动轴承（轴瓦）是常见且可靠的选择。风机轴承用轴瓦通常采用巴氏合金（锡基或铅基）作为衬层，具有良好的嵌入性、顺应性和抗疲劳性，形成稳定的流体动压油膜。 轴承箱：是容纳轴承、保证润滑的关键箱体部件。它为轴瓦提供精确的安装定位，内部有油路、油槽，确保压力润滑油能稳定供给至轴瓦与主轴轴颈的间隙中，形成润滑膜并带走摩擦热。轴承箱的刚性、冷却（常带有水冷夹套）和密封至关重要。

2.3 密封系统
防止气体泄漏和润滑油泄露的“关卡”，对于输送工业气体尤为重要。

气封（级间密封/轴端密封）：在叶轮与机壳之间，以及主轴贯穿机壳处设置，主要作用是减少高压气体向低压区或大气的泄漏。常用形式包括迷宫密封（非接触式）和碳环密封（接触式）。碳环密封由多个碳环组成，在弹簧力作用下轻贴于轴套上，具有良好的自润滑性和密封效果，尤其适合不允许外漏的贵重或有毒有害气体。油封：主要安装在轴承箱两端，防止润滑油沿主轴外泄。通常采用迷宫密封与骨架油封的组合，或更先进的磁力油封等。

2.4 其他关键配件

机壳（蜗壳）：收集从叶轮出来的气体，并将其动能部分转化为静压能。需有足够的强度和刚度以承受内部压力。 增速齿轮箱：将电机的转速提升至叶轮所需的工作转速，是高速单级风机的核心驱动部件，精度要求极高。 润滑系统：独立的油站，提供过滤、冷却后的压力油给轴承和齿轮箱，是安全运行的“生命线”。 底座与联轴器：确保风机、齿轮箱、电机对中连接，减少振动传递。

第三章：输送工业气体的特殊考量

S(Pr)系列风机设计可输送多种气体，不同气体性质差异巨大，选型与应用时必须注意：

3.1 气体性质对风机设计的影响

气体密度：直接影响风机功率。输送密度大于空气的气体（如CO₂、O₂）时，轴功率增大；输送密度小的气体（如H₂、He）时，轴功率显著减小。电机选型必须匹配。 腐蚀性：如工业烟气可能含硫氧化物、湿氯气等。需选择耐蚀材料（如不锈钢316L、双相钢、哈氏合金）制造过流部件（叶轮、机壳内衬）。 危险性：如O₂的助燃性、H₂的易燃易爆性。对于氧气，所有部件必须严格脱脂，避免油污，并采用防爆电机和仪表。对于氢气，需极端重视密封的严密性，碳环密封是常用选择，同时考虑气体的冷却。 纯净度要求：如输送保护性惰性气体（N₂、Ar），需防止润滑油污染，可能采用磁悬浮轴承或无油螺杆风机作为替代方案，若仍用此类风机，则对油封要求极高。

3.2 针对不同气体的调整
在选型S(Pr)2651-3.0或同类风机用于特定气体时，不仅仅是铭牌参数的匹配，还需要：

性能曲线换算：制造商提供的标准曲线通常基于空气（密度1.2 kg/m³）。对于其他气体，需根据实际气体密度、绝热指数等进行流量、压力、功率的换算。 材料升级：根据气体腐蚀性确定过流部件材质。 密封方案定制：对于贵重气体（如He）或危险气体，需采用更可靠的密封组合，如迷宫密封+氮气阻塞密封、干气密封等。 安全附件：安装气体泄漏检测、超压泄放、紧急停机等安全装置。

第四章：风机常见故障分析与修理要点

基于S(Pr)2651-3.0的结构，其修理工作专业性强，通常需由专业团队进行。

4.1 常见故障现象与原因

振动超标：最常见故障。可能原因：转子不平衡（叶轮结垢、磨损、腐蚀）；对中不良（底座变形、热膨胀不均）；轴承（轴瓦）磨损或巴氏合金脱落；油膜涡动或振荡；转子弯曲；基础松动。 轴承温度高：润滑油质不佳（乳化、杂质、粘度不对）；供油不足或油路堵塞；轴瓦间隙过小或接触不良；冷却系统失效（油冷器堵塞、水冷套结垢）。 气体泄漏：气封（特别是碳环密封）磨损严重；密封间隙因腐蚀或磨损增大；密封气（如阻塞氮气）压力不足。 性能下降（压力/流量不足）：管网阻力变化；进气过滤器堵塞；叶轮腐蚀、磨损严重导致效率下降；机壳内漏（级间密封损坏）；转速未达设计值。

4.2 核心部件的修理与更换

转子总成动平衡：这是修理后的必做工序。叶轮修复（补焊、车削）或更换后，必须与主轴一起进行高速动平衡，精度等级通常要求达到G2.5或更高，以保障高速下的平稳运行。 轴瓦的刮研与更换：滑动轴承修理的核心技术。新轴瓦或修复轴瓦需进行刮研，使其与主轴轴颈达到规定的接触面积（通常≥70%）和接触点分布，并保证顶隙、侧隙在设计要求范围内。这是一项高度依赖经验的手工技艺。 密封系统的检修：检查迷宫密封齿尖是否磨损变钝，必要时更换密封体。对于碳环密封，检查碳环磨损量、弹簧弹力，确保环在密封腔内能自由浮动但无过量间隙。更换时需成组更换。 对中校正：每次大修后，必须重新进行风机、齿轮箱、电机三者的冷态对中，并充分考虑热态运行时的膨胀偏移量，使用激光对中仪可大幅提高精度和效率。

4.3 大修流程简述

停机准备与隔离：切断电源、介质，安全置换。解体：按顺序拆除联轴器护罩、管路、仪表、联轴器，吊开上机壳，吊出转子总成。 检查与测量：全面检查各部件磨损、腐蚀、裂纹情况（可辅以无损探伤），关键尺寸（如轴瓦间隙、密封间隙、叶轮口环间隙）必须测量记录。 修理与更换：根据检查结果，执行上述的平衡、刮研、更换等工作。 清洁与回装：彻底清洁所有部件，按相反顺序精密回装，确保各部位间隙达标。 对中与油循环：完成对中，连接管路，进行润滑油循环冲洗直至油品清洁度达标。试车：先点动，后连续空载试车，监测振动、温度、噪音。合格后再逐步加载至工艺工况。

第五章：总结与展望

S(Pr)2651-3.0型单级高速双支撑离心鼓风机作为轻稀土镨提纯领域的一款大流量、中高压关键设备，其高效稳定的运行离不开对其基础原理、结构特点的深刻理解，以及对核心配件如主轴、转子总成、轴瓦、碳环密封、轴承箱等的精心维护与专业修理。在面对多样化的工业气体输送任务时，更需要根据气体特性进行针对性的选型设计和运行管理。

随着稀土行业对自动化、智能化、节能环保要求的不断提高，未来该类风机的发展将更加注重：

智能化状态监测：集成振动、温度、压力、流量等多参数在线监测，实现预测性维护。 高效节能设计：采用更先进的叶轮三元流设计、计算流体动力学优化，提高整机效率。 新材料新工艺应用：如采用更耐蚀的涂层、更轻强的复合材料叶轮。 密封技术革新：干气密封等无接触密封技术的进一步推广应用，以彻底解决漏油和介质污染问题。

作为风机技术人员，持续学习这些新技术，并夯实从基础理论到维护修理的实践技能，是保障如S(Pr)2651-3.0这样关键设备长期期、高效率运行，从而为我国稀土战略产业发展保驾护航的根本。

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