轻稀土钷(Pm)提纯风机基础知识与应用详解

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轻稀土钷(Pm)提纯风机基础知识与应用详解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钷提纯，离心鼓风机，D(Pm)307-2.36风机，风机配件维修，工业气体输送

引言：稀土提纯工艺中的关键动力设备:离心鼓风机

在稀土湿法冶金及提纯工艺中，离心鼓风机作为提供稳定气流与压力的核心动力设备，扮演着至关重要的角色。特别是对于放射性轻稀土元素钷的提纯，工艺流程（如焙烧、萃取、浮选等）对输送气体的压力、流量、洁净度及设备密封可靠性有着极为苛刻的要求。一套高效、稳定、专用的鼓风系统，是保障钷元素高纯度、高回收率及生产安全环保的基础。本文将从基础知识入手，重点围绕D(Pm)307-2.36型高速高压多级离心鼓风机展开说明，并详尽阐述其关键配件、维修要点以及在输送各类工业气体时的技术考量。

一、稀土提纯专用离心鼓风机系列概览

为满足稀土提纯各环节的不同工况，风机技术发展出多个专用系列，其在结构、压力与适用场景上各有侧重。理解这些系列是选型与应用的基础。

“C(Pm)”型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联结构，每级叶轮对气体做功增压，适用于中压、大风量场景。常用于提纯工艺流程中的氧化焙烧供风、物料流态化输送等。 “CF(Pm)”与“CJ(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机：专为稀土浮选工序设计。浮选需要将空气以微小气泡形式均匀分散于矿浆中，这两种型号风机能在特定压力下提供稳定、易调节的气量，且通常考虑了防腐设计，以适应浮选药剂环境。 “D(Pm)”型系列高速高压多级离心鼓风机：本系列是高压工况下的主力机型。通过采用高转速（通常由增速齿轮箱驱动）结合多级叶轮，能获得远超普通多级风机的出口压力。主要应用于需要穿透高压床层、进行高压气力输送或为高压反应釜提供气动搅拌的钷提纯关键环节。 “AI(Pm)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，叶轮悬臂安装。适用于中低压、中小流量的加压或通风场合，如车间环境气体置换或低压补气。 “S(Pm)”型系列单级高速双支撑加压风机与“AII(Pm)”型系列单级双支撑加压风机：两者均为叶轮两端有轴承支撑的单级风机，运行稳定。“S(Pm)”型侧重高转速，“AII(Pm)”型更通用。它们适用于对压力要求不极高，但对气体洁净度和运行平稳性有要求的环节，如保护性气体的循环。

这些风机可输送的气体介质多样，包括但不限于：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)以及混合无毒工业气体。气体性质的差异直接影响风机的材料选择、密封方式和性能计算。

二、核心机型深度剖析：D(Pm)307-2.36型高速高压多级离心鼓风机

轻稀土钷(Pm)提纯风机:D(Pm)307-2.36是该系列中的典型代表，其型号解读与应用分析至关重要。

1. 型号释义：
根据命名规则，“D”代表D系列高速高压多级离心鼓风机；“(Pm)”表示专为或适用于钷元素提纯工艺进行了特殊设计与材料考量；“307”表示风机在标准进口状态下的额定流量为每分钟307立方米；“-2.36”表示风机的设计出口绝对压力为2.36个大气压（即相对于标准大气压的升压为1.36公斤力每平方厘米）。型号中未标注进口压力，默认为标准大气压（1个大气压）。该型号表明此风机能够在标准进气条件下，每分钟输送307立方米的介质气体，并将其压力提升至2.36倍大气压。

2. 设计与应用特点：

高转速与多级叶轮：D(Pm)307-2.36通过齿轮箱将电机转速提升至数千甚至上万转每分钟，驱动多级叶轮（通常为3-6级）高速旋转。气体每经过一级叶轮和导叶，压力和速度得到一次提升与转换，最终汇聚成高压气流。其压力与转速的平方成正比关系，这是其实现高压的核心原理。 材料特殊性：鉴于钷的放射性及工艺介质可能的腐蚀性，该风机过流部件（如机壳、叶轮、隔板）通常采用不锈钢（如304、316L）或更高等级的耐蚀合金。对于输送氧气等强氧化性气体的变型，需严格去油脱脂并采用禁铜材料。 精密平衡要求：高转速转子必须进行高精度动平衡，平衡等级通常要求达到G2.5或更高，以最小化振动，确保轴承长周期稳定运行。 工况匹配：此流量与压力参数设计，通常与钷提纯中的高压浸出搅拌、高压柱塞洗涤或特定高压气力输送系统等设备配套。选型时需根据实际管网阻力、介质温度和成分进行性能换算，确保工作点落在风机高效区内。

三、 D(Pm)系列风机关键配件详解

风机的可靠性建立在每一个关键配件的精密设计与制造之上。

风机主轴：作为转子的核心承载件，传递全部扭矩并承受巨大弯矩。采用高强度合金钢（如42CrMo）锻造而成，经调质处理获得优异的综合机械性能。轴颈部位需精磨至镜面，确保与轴承的良好配合。 风机转子总成：这是风机做功的核心组件，包含主轴、多级叶轮、平衡盘（用于平衡轴向推力）、联轴器等部件。叶轮以过盈或键连接方式固定于主轴上，每一级叶轮都经过严格的超速试验和探伤检查。转子总成的装配精度直接决定了风机的振动水平和效率。 风机轴承与轴瓦：对于D(Pm)这类高速高压风机，普遍采用滑动轴承（即轴瓦）。轴瓦通常为剖分式，内衬巴氏合金。巴氏合金具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力，能有效缓冲转子振动，承载能力强。润滑油在轴颈与轴瓦间形成稳定的油膜，实现液体摩擦。 轴承箱：容纳轴承、轴瓦并提供稳定润滑系统的箱体。其结构需保证刚性，防止变形影响对中。内部设有油路、油封槽及测温测振接口。 密封系统：这是防止介质泄漏（气侧）和润滑油泄漏（油侧）的关键，尤为关键。 气封（级间密封与轴端密封）：通常采用迷宫密封。在转子上安装密封齿，与静止件上的蜂窝或篦齿形成一系列节流间隙，有效减小级间泄漏和轴向泄漏。对于有毒或贵重气体，会采用更复杂的碳环密封。碳环由多个扇形块组成，在弹簧力作用下轻贴于轴套，形成动态密封，泄漏量远小于迷宫密封。油封：主要防止轴承箱润滑油外泄。常用形式包括骨架油封、迷宫式油封或填料密封。在高速轴端，常将迷宫结构与挡油环结合，利用离心力将油抛回箱内。 碳环密封：作为一种高效的干气密封形式，在D(Pm)风机中若用于介质气密封，其材料需具备自润滑、耐温、耐介质腐蚀的特性。多个碳环串联使用，可达到极低的泄漏率，是处理放射性或易燃易爆气体的优选。

四、风机常见故障与修理要点

对D(Pm)系列风机的维护修理，需由专业人员在充分理解其结构原理后进行。

1. 振动超标：

原因：转子不平衡（结垢、磨损、零件脱落）、对中不良、轴承磨损/间隙过大、基础松动、喘振。修理：停机重新进行现场动平衡；检查并重新调整电机与齿轮箱、齿轮箱与风机的对中；检查轴瓦间隙，用压铅法测量，若超过设计值1.5-2倍需刮研或更换；紧固地脚螺栓；检查系统阻力，避免在小流量区运行引发喘振。

2. 轴承温度过高：

原因：润滑油油质劣化、油量不足或油路堵塞；轴瓦刮研不良，接触点不符合要求；冷却水系统故障；轴向推力过大（平衡盘失效）。修理：化验并更换合格润滑油，清洗油路；检查轴瓦接触面，要求接触点均匀分布，每平方厘米不少于2-3点；检查冷却器；检查平衡盘密封间隙，计算轴向推力。

3. 风量风压不足：

原因：过滤器堵塞导致进口压力降低；密封间隙（尤其是级间迷宫密封）磨损过大，内泄漏严重；叶轮腐蚀或磨损，做功能力下降；转速未达到额定值。修理：清洗或更换进口过滤器；解体测量各级密封间隙，对照标准判断，超标则更换密封件；检查叶轮状态，严重损伤需修复或更换；检查电机和变频系统。

4. 气体或润滑油泄漏：

原因：碳环或密封齿过度磨损；油封老化损坏；壳体或管道连接处密封失效。修理：更换损坏的密封元件；紧固连接螺栓，必要时更换密封垫片。对于碳环密封，需检查弹簧弹力和环块磨损量。

大修流程通常包括：停机置换→解体→清洗→全面检测（尺寸、间隙、无损探伤）→更换或修复损坏件→精密装配（确保各级间隙）→单机试车（振动、温度测试）→联动试车。大修后必须重新进行性能测试，确保达到原设计指标。

五、输送不同工业气体的特殊技术要求

为D(Pm)系列风机选配材料与密封时，必须充分考虑输送介质的特性。

空气、氮气(N₂)、氩气(Ar)：属于惰性或中性气体，对材料无特殊腐蚀，常规不锈钢材料即可满足。密封以迷宫密封为主，注重防油泄漏。 二氧化碳(CO₂)：潮湿的CO₂具有碳酸腐蚀性，材料需选用316L及以上等级不锈钢。需保证进气干燥，并注意检查腐蚀情况。 氧气(O₂)：强氧化性、助燃。所有接触氧气的部件必须进行严格的脱脂清洗，确保无油污。材料禁铜，通常采用不锈钢。密封要求极高，优先采用无油润滑的碳环密封或迷宫密封，并确保其清洁度。风机需配置防喘振和安全泄放装置。 氢气(H₂)、氦气(He)：分子量小，密度低，极易泄漏。普通迷宫密封效果差。必须采用高性能的碳环密封或干气密封。壳体设计需考虑更高的气密性要求。由于氢气易燃易爆，还须满足防爆标准。 工业烟气：成分复杂，可能含硫化物、氟化物等腐蚀性成分及粉尘。需选用耐酸蚀材料（如2205双相不锈钢），进口前设置高效过滤或洗涤装置，防止叶轮磨损与结垢。需加强腐蚀检查和定期清理。 混合无毒工业气体：需根据混合气体的具体成分、密度、爆炸极限等参数，综合确定材料的兼容性、密封形式和防爆要求。

特别对于钷提纯工艺，输送的气体可能携带微量的放射性气溶胶或具有腐蚀性的工艺尾气。因此，D(Pm)系列风机在设计上还需考虑：双壳体制备（泄漏气体收集）、便于去污的表面处理、以及更严格的密封监测系统。

结论

D(Pm)307-2.36型高速高压多级离心鼓风机作为轻稀土钷提纯工艺中的高压气源核心，其高效稳定运行依赖于精密的设计、专用的材料、高品质的配件以及科学的维护修理。深入理解其型号含义、结构特点、配件功能及针对不同工业气体的适应性，是风机技术人员进行正确选型、操作、维护和故障排除的基石。随着稀土材料战略地位的日益提升，对与之配套的高端专用风机设备的可靠性、效率及智能化水平也提出了更高要求，这将继续推动风机技术在该特殊领域的不断进步与革新。

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