轻稀土钷(Pm)提纯风机技术详解:以D(Pm)2659-3.8型高速高压多级离心鼓风机为核心

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轻稀土钷(Pm)提纯风机技术详解:以D(Pm)2659-3.8型高速高压多级离心鼓风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钷提纯、离心鼓风机、D(Pm)2659-3.8、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心风机、稀土矿提纯工艺

一、引言：稀土矿提纯工艺中的离心鼓风机关键作用

稀土元素作为现代高新技术产业的“维生素”，其提纯工艺的精密性与效率直接影响材料性能与应用价值。轻稀土钷(Promethium, Pm)作为人工合成放射性稀土元素，在核电池、荧光材料及科研领域具有特殊用途，其提纯过程对气体输送设备的稳定性、密封性及耐腐蚀性提出极高要求。离心鼓风机作为提纯工艺流程中气体输送与加压的核心动力设备，其性能直接关系到分离效率、能耗指标与系统安全。

在钷提纯工艺中，离心鼓风机主要承担以下关键职能：为浮选工序提供稳定气流、在萃取分离过程中输送加压惰性保护气体、为煅烧工序供应助燃或冷却气体、以及处理工艺过程中产生的工业烟气。针对不同工艺环节的气体特性、压力需求与流量要求，发展出了包括C(Pm)、CF(Pm)、CJ(Pm)、D(Pm)、AI(Pm)、S(Pm)、AII(Pm)等多个专用系列。本文将深入剖析适用于高压场景的D(Pm)2659-3.8型高速高压多级离心鼓风机，并系统阐述风机核心配件、维护修理要点及工业气体输送特性。

二、D(Pm)系列高速高压多级离心鼓风机技术特性与型号解析

2.1 D(Pm)系列设计理念与结构特点

D(Pm)型系列风机专为稀土矿提纯工艺中高压气体输送需求而研发，采用多级离心压缩技术，通过串联排列的叶轮逐级增压，可实现单机出口压力高达3.0-8.0个大气压（表压）的输出能力。该系列风机通常采用齿轮增速箱驱动，转子工作转速可达8000-30000转/分钟，实现高效率的能量转换。

结构上，D(Pm)系列采用水平剖分式或垂直剖分式机壳设计，便于内部组件的检修与更换。转子系统采用高强度合金钢主轴与闭式后弯叶轮精密装配，动平衡等级达到G2.5以上，确保高速运转下的稳定性。轴承系统根据压力与转速配置，可选用滑动轴承（轴瓦）或高速滚动轴承，并配备强制润滑系统。密封系统则针对稀土提纯工艺中可能存在的腐蚀性、有毒或贵重气体，采用碳环密封、迷宫密封与干气密封的组合方案，实现近零泄漏。

2.2 型号D(Pm)2659-3.8技术参数详解

风机型号“D(Pm)2659-3.8”遵循行业统一命名规则，蕴含以下技术信息：

系列代号“D(Pm)”：表示该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机，专为轻稀土钷提纯工艺设计与优化。括号内的“Pm”强调其材料兼容性、密封标准与防腐处理均针对钷提取环境中的特殊介质（如含氟、氯离子气体或放射性气溶胶）进行过专项适配。 流量参数“2659”：表示风机在设计工况下的进口容积流量为每分钟2659立方米（m³/min）。此流量值为标准进气状态（通常指进口压力为1个标准大气压，温度20℃，相对湿度50%，空气介质）下的数值。当输送介质密度、进气压力或温度变化时，实际质量流量与功耗将相应调整。该流量规格适用于中等至大型稀土提纯生产线的主工艺气体供应。 压力参数“-3.8”：表示风机出口气体绝对压力为3.8个标准大气压（即表压2.8 bar）。此处未标注进口压力，默认进口压力为1个标准大气压（绝对压力）。若型号中出现如“-1.8/0.5”的表述，则斜杠前为出口压力，斜杠后为进口压力（均为绝对压力值）。3.8个大气压的输出压力足以满足多数浮选柱深床层充气、高压浸出釜鼓泡搅拌或气体保护输送系统的压力需求。 隐含参数：通常该型号还隐含了配套电机功率、主轴转速、级数等信息，需查阅具体产品手册。以D(Pm)2659-3.8为例，其可能配置6-8级叶轮，转速约15000转/分钟，驱动电机功率在800-1200 kW范围。

2.3 与其他系列风机对比与应用场景选择

在钷提纯全流程中，需根据工序特性选择风机系列：

C(Pm)系列多级离心鼓风机：为中压通用机型，压力范围1.2-2.5个大气压，适用于常规气体输送与循环。 CF(Pm)与CJ(Pm)系列专用浮选离心鼓风机：针对浮选工艺优化，强调流量稳定、微气泡发生特性及耐矿浆泡沫腐蚀，压力通常较低（1.1-1.8个大气压）。 AI(Pm)系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适于中小流量、中低压力的局部加压或尾气处理。 S(Pm)系列单级高速双支撑加压风机与AII(Pm)系列单级双支撑加压风机：均适用于中高压力、中等流量场景，前者转速更高、效率更优，后者结构更稳固、维护简便。

D(Pm)系列在其中定位清晰：当工艺要求出口压力高于2.5个大气压、流量大（如>1500 m³/min）且需较高效率时，应优先选用。在钷提纯中，尤其适用于：高压氢还原工序的氢气循环加压、高温氯化炉的氯气/氯混合物输送、以及需要将工艺气体远程输送至多个车间或高层反应塔的场合。

三、D(Pm)2659-3.8风机核心配件详解

3.1 转子总成系统

转子是鼓风机的“心脏”，由主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等部件组成。

风机主轴：采用40CrNiMoA或类似高强度合金钢锻造，经调质处理与精密磨削，具有优异的抗疲劳强度与挠曲刚度。轴上设有各级叶轮定位台阶、键槽及轴肩，尺寸精度与形位公差要求极高（通常同心度要求小于0.01mm）。主轴动态临界转速需高于工作转速的125%，避免共振。叶轮：每级叶轮均为闭式后弯型，材料根据输送气体性质选择：输送空气或惰性气体可用45钢或低合金钢；输送含腐蚀性成分（如氯气、酸性烟气）时需采用304/316不锈钢或钛合金；极端情况下甚至需哈氏合金或衬氟处理。叶轮经五轴数控加工，叶片型线采用三元流理论优化，效率可达85%以上。组装前每个叶轮均进行超速试验（转速为工作转速的115%）与单体动平衡。 转子动平衡：所有叶轮压装至主轴后，进行整体高速动平衡。平衡精度根据公式“不平衡量（g·mm）= 转子质量（kg）× 平衡精度等级（G值）× 常数”计算，对于D(Pm)2659-3.8这类高速转子，通常要求达到G1.6级（即平衡后剩余不平衡量引起的振动速度小于1.6 mm/s）。

3.2 轴承与润滑系统

风机轴承用轴瓦：D(Pm)系列高速风机多采用液体动压滑动轴承（轴瓦）。轴瓦材料为巴氏合金（锡基或铅基）衬层，背材为铸钢或铜合金。巴氏合金具有良好的嵌藏性、顺应性与抗咬合性，能承受瞬时冲击载荷。轴瓦与主轴颈的配合间隙需严格控制在（0.0012-0.0015）× 轴颈直径（mm）范围内，并采用可倾瓦或椭圆瓦设计，提升油膜稳定性，抑制油膜振荡。 轴承箱：为轴承提供刚性支撑与密封环境，内置油槽、油路及冷却水腔。箱体为铸铁或铸钢结构，与机壳对中安装，中心高误差需小于0.05mm。轴承箱配备铂电阻温度计，实时监测轴瓦温度（通常报警值设于75℃，停机值设于85℃）。 润滑系统：采用强制循环油站，提供过滤（精度10μm）、冷却（油温控制于40-45℃）与恒压（供油压力通常为0.2-0.4 MPa）的润滑油。油路设计确保每个轴承有独立的进油与回油通道。

3.3 密封系统

密封是防止气体泄漏与油品污染的关键，D(Pm)2659-3.8采用组合密封：

气封（迷宫密封）：安装在机壳与转子之间，由数十个铜合金或铝合金密封齿组成，形成曲折路径，极大增加气体泄漏阻力。间隙控制至关重要，径向间隙通常为（0.003-0.005）× 轴径（mm）。该密封主要用于级间内部密封与进出口端的内泄漏控制。 碳环密封：作为轴端主密封，用于阻止工艺气体向外泄漏或空气向内渗入。由多个分割式石墨环组成，借助弹簧力抱紧轴颈。石墨具有自润滑、耐高温、化学惰性等优点，尤其适合输送腐蚀性、有毒或贵重气体（如氢气、氯气）。碳环密封泄漏量极低，通常可控制于标准状态下每分钟数升以内。油封：位于轴承箱端盖，采用骨架橡胶油封或氟橡胶油封，防止润滑油外泄。对于高速场合，常辅以甩油环与回油槽设计。

3.4 机壳与附属部件

机壳为高强度铸铁或焊接钢结构，水平中分以便检修。进出风口通常朝下，便于管道布置。机壳内流道经流体仿真优化，减少涡流损失。附属部件包括：进出口法兰（按PN16或PN25标准）、底座、冷却器、隔音罩、振动传感器接口等。

四、风机修理与维护要点

4.1 日常维护与监测

振动监测：在轴承箱径向与轴向安装振动传感器，连续监测振动速度有效值（mm/s）与频谱。振动突然增大或频谱中出现高频成分，可能预示叶轮结垢、转子碰磨或轴承损坏。 温度监测：监控轴承温度、润滑油进回油温差（正常应小于10℃）及冷却水温度。 性能监测：定期记录进出口压力、流量、电流，绘制性能曲线。若相同压力下流量下降超过5%，可能提示流道堵塞或密封磨损严重。 润滑油管理：每三个月取样化验润滑油，检测粘度、水分、酸值及金属磨粒。每年至少更换一次润滑油，并清洗油站过滤器与油箱。

4.2 定期检修内容

小修（每运行3000-5000小时）：检查并紧固地脚螺栓与联轴器对中（对中误差要求：径向<0.05mm，角向<0.02mm/100mm）；清洗进气过滤器；检查碳环密封磨损量（磨损深度超过原厚度1/3需更换）；校验仪表传感器。 中修（每运行12000-18000小时）：包括小修全部内容，并增加：打开机壳上盖，检查叶轮积垢与腐蚀情况，进行离线清洗（采用化学清洗或喷砂，注意保护平衡）；检查迷宫密封齿磨损与间隙（超限50%需更换密封体）；检查轴瓦磨损、巴氏合金层有无剥落或裂纹（磨损量超过壁厚1/4需重浇合金或更换）；检查主轴颈有无划伤或椭圆度超差（椭圆度应小于0.02mm）。 大修（每运行40000-60000小时或根据状态评估）：全面解体风机，除中修项目外，还需：抽出转子总成，在专用支架上进行跳动检查（各轴颈、叶轮外缘跳动应小于0.04mm）；对主轴进行磁粉探伤，检查有无疲劳裂纹；对叶轮进行着色探伤，重点检查焊缝与叶片根部；必要时对转子进行现场高速动平衡校正；检查机壳有无变形或裂纹；更换所有密封件与易损件；全面清理冷却器与油路系统。

4.3 常见故障诊断与处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡（需清垢或重做平衡）、对中不良（重新对中）、轴承磨损（更换轴瓦）、基础松动（紧固并灌浆）、喘振（检查工况点，确保运行点远离喘振区，喘振判定公式：实际流量小于喘振流量临界值）。喘振流量临界值与风机转速、气体密度及管网特性相关，需通过实测性能曲线确定安全裕度。 轴承温度高：原因可能是供油不足或油压过低（检查油泵、过滤器）、油质劣化（换油）、冷却水不足（清理冷却器）、轴瓦间隙过小（刮研调整）或负载过大（检查系统阻力）。 气体泄漏量大：碳环密封磨损或弹簧失效（更换密封组件）；迷宫密封间隙过大（更换密封体）；机壳中分面密封胶老化（清理后重新涂抹耐温密封胶）。 性能下降：叶轮腐蚀或磨损（修复或更换）；流道积垢严重（清洗）；密封间隙过大（调整或更换）。

修理后重新组装需严格遵循装配工艺文件，重点控制各部间隙，并按规定进行至少4小时的试运行，逐步升速至额定工况，监测所有参数正常后方可投运。

五、工业气体输送的特殊考量与风机选型适配

稀土提纯工艺涉及多种工业气体，其物性差异对风机设计、材料与运行提出不同要求。

5.1 各类气体输送要点

空气：最常用介质，注意进气过滤（去除粉尘至5μm以下），防止叶轮磨损与结垢。 工业烟气：通常高温（可达200-400℃）、含尘及腐蚀性成分（SO₂、HF等）。风机需采用耐热钢（如310S），设置前置降温除尘装置，轴承与密封需远离热辐射，润滑油选用高温型（如合成烃）。 二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar)：惰性气体，主要考虑其密度高于空气（如CO₂约为空气1.5倍），相同容积流量下风机所需功率更大，电机需按实际介质选型。密封需加强，防止贵重惰性气体泄漏。 氧气(O₂)：强氧化性，严禁油脂接触（易爆）。风机所有过流部件需严格脱脂清洗，采用铜合金或不锈钢，轴承润滑采用无油润滑或特种磷酸酯抗燃油。碳环密封需采用经防氧化处理的石墨。 氢气(H₂)：密度极小（约为空气1/14），泄漏性强、易爆炸。风机设计着重于：极高密封等级（通常采用干气密封+碳环密封双重保障）；防爆电机与电器；转子设计需考虑氢气对喘振特性的影响（喘振线右移，稳定工况区变窄）；启动前需用氮气置换机壳内空气。 氦气(He)、氖气(Ne)：稀有惰性气体，价值高，首要目标是极低泄漏密封（如采用零泄漏干气密封）。材料兼容性良好。 混合无毒工业气体：需明确各组分比例，计算平均分子量、绝热指数与压缩因子，以准确计算风机压比、功率与温升。注意是否有冷凝可能，必要时机壳设排水口。

5.2 针对气体特性的风机选型与改造

选型时，除流量、压力外，必须提供：气体成分、进口温度、湿度（或露点）、粉尘含量、腐蚀性成分浓度、爆炸极限（可燃气体）等。

对于已定型风机输送非空气介质，需进行性能换算：

流量：容积流量（m³/min）通常保持不变（风机几何尺寸决定）。压力：风机产生的压比（出口绝对压力/进口绝对压力）对于不可压缩流体近似不变，但实际压力值随气体密度变化。功率：轴功率与气体密度成正比。换算公式为：新介质功率 = 空气功率 × (新介质密度 / 空气密度)。密度计算需根据气体状态方程。转速：通常保持不变，但需校验新介质下转子强度与临界转速。

对于D(Pm)2659-3.8，若从输送空气改为输送氢气，其电机功率需求将大幅降低（约为原功率的1/10-1/12），但密封系统必须升级，并可能需调整叶轮型线以适配氢气的低密度特性，维持高效运行。

六、结论

D(Pm)2659-3.8型高速高压多级离心鼓风机作为轻稀土钷提纯工艺中的关键高压气体动力设备，其高效、稳定、可靠的运行是保障提纯效率、产品质量与生产安全的基础。深入理解其型号含义、掌握核心配件技术特性、实施科学的预防性维护与精准的故障修理，并针对不同工业气体的物性进行合理的选型与运行调整，是风机技术人员必备的专业素养。

未来，随着稀土提纯工艺向更高效、更绿色、更自动化方向发展，对离心鼓风机的需求也将趋向于更高效率（如采用三维设计叶轮与整体齿轮式结构）、更高智能化（集成物联网监测与预测性维护系统）以及更广泛的材料适应性（应对极端腐蚀与高温环境）。风机技术工作者应持续跟进技术发展，将理论知识与现场实践紧密结合，为国之重器:稀土产业的提质增效贡献专业力量。

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