轻稀土钷(Pm)提纯专用离心鼓风机技术详解:以D(Pm)1149-1.28型风机为核心

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轻稀土钷(Pm)提纯专用离心鼓风机技术详解:以D(Pm)1149-1.28型风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钷提纯；离心鼓风机；D(Pm)1149-1.28；风机配件维修；工业气体输送；稀土冶炼设备

一、引言：稀土提纯工艺中的“气体动力心脏”

在稀土湿法冶金与提纯，特别是轻稀土元素钷（Pm）的分离与纯化工艺流程中，离心鼓风机扮演着至关重要的“气体动力心脏”角色。钷的提取通常涉及溶剂萃取、离子交换、精密分馏或气态还原等复杂工序，这些工序对工艺气体的压力、流量、洁净度及稳定性提出了极为苛刻的要求。作为核心动设备，离心鼓风机不仅为物料搅拌、气浮选别、气氛保护、尾气输送等环节提供稳定气流，其运行的可靠性、效率及对特殊介质的适应性，更直接关系到最终产品的纯度、收率及生产成本。

为满足稀土行业多样化的气体输送需求，业内已发展出多个系列的专业化离心鼓风机产品线。其中，“C(Pm)”型系列多级离心鼓风机以其较高的压比和较宽的流量范围，适用于中压输送场景；“CF(Pm)”与“CJ(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机，则针对选矿浮选工艺中气泡发生与弥散的特殊要求进行了优化设计；而“AI(Pm)”型系列单级悬臂加压风机、“S(Pm)”型系列单级高速双支撑加压风机及“AII(Pm)”型系列单级双支撑加压风机，则结构紧凑，适用于不同压力等级的单级增压需求。

本文将聚焦于在钷提纯高压环节中广泛应用的高速高压多级离心鼓风机，以其典型代表型号:D(Pm)1149-1.28为核心，系统阐述其技术原理、结构特点、关键配件以及维护修理要点，并对输送各类工业气体的通用性技术考量进行说明，旨在为从事稀土冶炼设备技术与生产管理的同仁提供一份实用的参考。

二、 D(Pm)1149-1.28型高速高压多级离心鼓风机技术剖析

1. 型号释义与基本参数
型号“D(Pm)1149-1.28”遵循了清晰的命名规则，其含义解读如下：

“D”：代表该风机隶属于“D系列高速高压多级离心鼓风机”。该系列风机通过串联多个叶轮，使气体逐级获得能量，是实现较高出口压力的经典结构形式。 “(Pm)”：特别标识此风机设计主要考虑或优化适用于轻稀土钷（Promethium）提纯工艺环境，包括对可能接触的介质、工艺稳定性要求或材料兼容性的考量。 “1149”：表示风机在标准进口状态（通常指进口压力为1个标准大气压，温度20℃，相对湿度50%的空气）下的额定体积流量，单位为立方米每分钟（m³/min）。即，D(Pm)1149-1.28型风机的设计流量为1149 m³/min。这是一个关键选型参数，需与工艺流程所需的气体消耗量精确匹配。 “-1.28”：表示风机的出口表压为1.28个大气压（atm G）。根据前文提供的命名规则，此处未使用“/”符号，表明该型号的标定是以标准进口压力（1个大气压绝压）为基准。因此，风机运行时将气体从1 atm（绝压）压缩至约2.28 atm（绝压），压比约为2.28。例如，对比型号D(Pm)300-1.8，其出口压力更高（1.8 atm G），但流量较小（300 m³/min），这体现了D系列风机通过不同尺寸和级数组合，覆盖广泛工况的能力。

2. 工作原理与性能特性
D系列风机基于离心式压缩原理。原动机（通常为电动机或汽轮机）驱动风机主轴高速旋转，带动安装在主轴上的多个叶轮一同转动。气体从进气管进入首级叶轮，在高速旋转的叶轮叶片作用下获得动能和压力能；流出叶轮后，气体进入扩压器，流速降低，部分动能进一步转化为压力能；随后气体经弯道、回流器导流，进入下一级叶轮，再次获得能量。如此逐级增压，最终达到设计出口压力后，从蜗壳汇集排出。
其性能曲线（压力-流量曲线、效率-流量曲线、功率-流量曲线）是风机选择的依据。对于D(Pm)1149-1.28，其在设计点（1149 m³/min, 1.28 atm G）附近运行效率最高。风机性能遵循相似定律，当转速、介质密度发生变化时，其流量、压力、功率将按特定比例关系变化，例如流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比。

3. 核心结构组件详解
D(Pm)1149-1.28型风机作为高速高压设备，其结构精密，主要核心部件包括：

风机主轴：作为整个转子系统的核心承载与传动部件，通常采用高强度合金钢锻造而成，经过精密加工和热处理，具有极高的强度、刚度和动平衡精度。它贯穿各级叶轮、平衡盘、推力盘等，并在高速下保持稳定。 风机转子总成：这是风机的“旋转心脏”，由主轴、所有级的叶轮、平衡盘、轴套、联轴器等部件组装而成。每个叶轮都经过严格的动平衡校正，转子总成在装配后还需进行整体高速动平衡，确保在工作转速下振动值极小，这是保证风机长期平稳运行的关键。 风机轴承与轴瓦：对于D系列这类高速高压风机，通常采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承。滑动轴承（如椭圆瓦、可倾瓦）在高速下具有更好的稳定性、承载能力和阻尼特性，能有效抑制油膜振荡。轴瓦内衬巴氏合金，具有良好的嵌藏性和顺应性。轴承的运行状态通过温度、振动在线监测。 轴承箱：是容纳和支持主轴轴承、推力轴承的封闭壳体。它不仅为轴承提供精确的定位和稳固的支撑，还构成润滑油路的一部分，内部设有油槽、进油孔、回油孔等，确保轴承得到充分润滑和冷却。 密封系统：这是防止气体泄漏和润滑油污染的关键，尤其在输送贵重、有毒或危险气体时至关重要。主要包括： 气封与油封：在轴的穿出处（如蜗壳两端、轴承箱内侧），设置迷宫密封、抽气密封或浮环密封等“气封”，以最小化工艺气体沿轴向外泄。在轴承箱外侧，则采用唇形密封或机械密封等“油封”，防止润滑油泄漏。 碳环密封：在更高要求或输送特殊气体（如氢气、氦气等小分子气体）时，常采用一组由多个碳环串联组成的非接触式端面密封。碳环在弹簧力作用下轻微贴合并随轴旋转，形成极窄的密封间隙，具有泄漏量小、磨损低、耐高温、适应干气等优点，是高端工业离心鼓风机的常用配置。

三、风机关键配件说明与维护修理要点

1. 易损件与定期更换件

轴承与轴瓦：巴氏合金层会因长期磨损、疲劳或润滑不良（油质劣化、进杂质、供油不足）而出现磨损、划伤、剥落甚至烧瓦。需定期检查间隙、接触痕迹，并按计划大修周期更换。 密封组件：迷宫密封齿、碳环密封环、油封唇口等均属易损件。碳环存在脆性断裂风险，迷宫密封齿可能因摩擦或腐蚀而间隙增大。需根据泄漏监测情况定期更换。 润滑系统配件：油过滤器滤芯、油冷却器管束、油泵易损件等需定期清洗或更换，保证润滑油清洁、温度适宜。 联轴器膜片/弹性体：传递扭矩并补偿微量不对中，长期承受交变应力，需定期检查有无裂纹、老化，预防性更换。

2. 常见故障与修理策略

振动超标：原因：转子不平衡（叶轮结垢、磨损不均、异物附着）、对中不良、轴承磨损、基础松动、喘振或旋转失速。修理：停车检查，首先复核对中数据。对转子进行清洁或现场/离线动平衡。检查并更换损坏的轴承、轴瓦。紧固地脚螺栓。通过调整运行工况点（如开大出口阀、增加流量）避免进入喘振区。 轴承温度高：原因：润滑油量不足或油压过低、油质脏污或乳化、冷却器效果差、轴承间隙过小或接触不良、负载过高。修理：检查油路、清洗滤网、更换合格润滑油、清理冷却器。测量调整轴承间隙。检查工艺系统是否超压运行。 气体泄漏量大：原因：密封（迷宫、碳环、机械密封）磨损严重、间隙超标、密封气压力设置不当、O型圈等静密封老化。修理：停机更换损坏的密封组件，重新调整密封间隙或密封气系统压力。 性能下降（流量、压力不足）：原因：进气过滤器堵塞、叶轮流道结垢或腐蚀导致效率下降、内部密封间隙过大导致级间串气、转速未达额定值。修理：清洗过滤器及叶轮、扩压器等通流部件。在大修中测量并调整各级间迷宫密封间隙。检查驱动电机及传动系统。

3. 大修流程概述
风机运行一定周期（通常1-3年，视工况而定）或出现严重性能衰退时，需进行解体大修。主要步骤包括：停机置换隔离→拆除附属管线与仪表→解体，吊出转子总成→全面清洗检查各静止部件（机壳、隔板、轴承座）→对转子进行无损探伤、跳动测量，必要时送专业厂进行高速动平衡→更换所有计划内的易损件和密封件→精确回装，确保各部间隙（如轴承间隙、推力间隙、气封间隙）符合出厂标准→重新对中→油系统循环冲洗→单体试车与性能测试。

四、输送各类工业气体的通用技术考量

D(Pm)系列风机虽然针对钷提纯进行了标识，但其核心设计原理使其经过适当选材与调整后，能够安全高效地输送多种工业气体，这也是该系列风机通用性的体现。在选型和应用时，必须充分考虑气体介质的理化特性：

气体密度与分子量：直接影响风机所需的压缩功和性能曲线。输送氢气（H₂）、氦气（He）等低分子量气体时，密度极低，要达到相同压力比，所需的多变功虽可能减少，但对密封性要求极高，且常需更高转速；输送二氧化碳（CO₂）等重气体时则相反。 爆炸性与危险性：输送氢气、氧气（O₂）或某些可燃混合气体时，必须考虑防爆要求。包括电机、仪表需采用防爆型，风机结构设计需避免火源，对于氧气更需禁油处理（采用特殊润滑剂或无油结构），防止激烈燃爆。 腐蚀性与化学活性：输送工业烟气（可能含SOx、NOx、水汽）、氯气（Cl₂，虽未列出但常见）等腐蚀性气体时，与气体接触的过流部件（叶轮、机壳、密封）需选用耐蚀材料，如不锈钢、双相钢、镍基合金或进行防腐涂层处理。 纯度与洁净度要求：输送高纯氮气（N₂）、氩气（Ar）、氖气（Ne）等用于保护或载气时，必须确保风机内部清洁无油、无杂质脱落，密封系统泄漏率极低，通常采用干气密封或高性能碳环密封，并可能要求特殊的表面处理工艺。 温度与湿度：高温气体会影响材料强度、密封性能及润滑，可能需要冷却措施或选用耐高温材料。湿气体可能引起冷凝腐蚀或结垢，需在进气端考虑除湿或加热。

因此，在选用一台风机输送特定工业气体时，仅仅知道型号和基本参数是远远不够的。必须向制造商明确提供：精确的气体组分、进口温度压力、湿度、洁净度要求、是否有毒性或爆炸性等信息，以便进行：

正确的性能换算：将空气工况下的性能曲线，根据实际气体的热物性参数（绝热指数、气体常数等）进行换算，确定实际需要的转速、功率。 恰当的材料选择：确定过流部件、密封材料和润滑剂的兼容性。 特殊的安全设计：如防爆、禁油、泄漏监测与收集等。

五、总结

D(Pm)1149-1.28型高速高压多级离心鼓风机作为轻稀土钷提纯工艺链中的关键动力设备，其高效、稳定的运行是保障生产连续性与产品经济性的基石。深入理解其型号含义、工作原理、精细的内部结构（特别是转子、轴承、密封系统），掌握其配件维护与故障修理的核心要点，是设备技术人员必备的技能。

同时，认识到离心鼓风机作为一种通用的气体输送机械，其应用远不止于稀土行业。在面对从空气到各类特种工业气体的输送任务时，必须严谨地分析介质特性，并将其作为风机选型、材料确定和安全设计的根本依据。唯有将设备的通用性原理与工艺的特殊性要求紧密结合，才能充分发挥如D系列、C系列、AI系列等各类离心鼓风机的性能潜力，为包括稀土提纯在内的众多现代工业生产流程提供可靠、高效的气体动力解决方案。

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