轻稀土钷(Pm)提纯风机：D(Pm)893-2.52型离心鼓风机技术解析

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轻稀土钷(Pm)提纯风机：D(Pm)893-2.52型离心鼓风机技术解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：稀土矿提纯、钷(Pm)提纯、离心鼓风机、D(Pm)893-2.52、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心鼓风机

第一章稀土提纯工艺与风机概述

稀土元素是现代高科技产业不可或缺的战略资源，其中轻稀土钷(Pm)作为放射性元素，在核电池、荧光材料及特殊合金领域具有独特应用价值。钷的提取与精炼过程对设备提出了极高要求，尤其是气体输送与气氛控制环节，直接关系到产品纯度与生产安全。

在稀土矿湿法冶金与干法提纯工艺中，离心鼓风机承担着氧化焙烧气氛供给、萃取车间气体循环、烟气处理及保护性气体输送等关键任务。针对钷提取过程中可能产生的放射性粉尘与腐蚀性气体，专用风机需具备特殊密封结构、耐腐蚀材料与高可靠性设计。

我国稀土工业风机技术历经数十年发展，已形成完整产品体系，包括：“C(Pm)”型系列多级离心鼓风机，“CF(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机，“CJ(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机，“D(Pm)”型系列高速高压多级离心鼓风机，“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，“AII(Pm)”型系列单级双支撑加压风机等。这些风机可输送多种工业气体：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)及混合无毒工业气体。

第二章 D(Pm)893-2.52型高速高压多级离心鼓风机技术解析

2.1 型号命名规则与基本参数

在风机型号D(Pm)893-2.52中，“D”代表D系列高速高压多级离心鼓风机；“Pm”表示专为钷提纯工艺设计；“893”表示设计工况下流量为每分钟893立方米；“-2.52”表示出风口绝对压力为2.52个大气压（表压约1.52kgf/cm²）。若型号中没有斜杠符号，则表示进风口压力为标准大气压（1个大气压）。

对比参考型号D(Pm)300-1.8：该风机流量为每分钟300立方米，出口压力1.8个大气压，通常用于空气输送并与跳汰机配套使用。而D(Pm)893-2.52型风机具有更大的流量和更高的工作压力，适用于更复杂的钷提纯工艺环节。

2.2 设计特点与结构优势

D(Pm)系列风机采用多级叶轮串联设计，每级叶轮均对气体做功，逐级提高气体压力。与单级风机相比，多级结构可在相对较低的叶轮线速度下获得较高的压比，有利于提高转子动力学稳定性，减少振动与磨损。

对于893立方米/分钟的流量需求，该风机采用中等直径叶轮配合多级增压的方案。根据离心风机基本定律，在相似条件下，风机流量与叶轮直径的三次方成正比，压力与叶轮直径的平方成正比，功率与叶轮直径的五次方成正比。因此D(Pm)893-2.52通过优化叶轮直径与级数匹配，实现了效率与可靠性的最佳平衡。

2.3 气动性能与工况适应性

在钷提纯工艺中，风机可能需要输送不同性质的介质：在焙烧工序输送高温空气（可达300℃）；在还原工序输送保护性氮气或氩气；在废气处理环节输送含微量放射性粉尘的烟气。D(Pm)893-2.52型风机通过可调进口导叶或变频调速，实现流量20%-100%范围内的稳定调节，满足工艺波动需求。

针对气体密度变化对性能的影响，风机设计考虑了气体状态方程修正：实际体积流量与标准状态换算需考虑进气温度、压力及气体常数的影响；风机压头与气体密度成正比，而轴功率与密度的一次方成正比。因此当输送氮气（密度约1.25kg/m³）时，相比空气（密度约1.29kg/m³），在相同体积流量下压头和功率略有降低。

第三章关键部件与配件详解

3.1 风机主轴与转子总成

D(Pm)893-2.52型风机主轴采用42CrMoA合金钢整体锻制，调质处理后硬度达到HB240-280，具有优异的强度与韧性组合。主轴设计充分考虑临界转速避开率：一阶临界转速高于工作转速25%以上（刚性轴设计），避免共振风险。

转子总成包括主轴、多级叶轮、平衡盘、联轴器等组件。叶轮采用高强度铝合金ZL114A铸造或FV520B不锈钢焊接结构，经三维造型优化，减少流动分离与二次流损失。每级叶轮均进行静平衡与动平衡校正，最终转子整体动平衡精度达到G2.5级（ISO1940标准），确保高速运行平稳性。

3.2 轴承系统与轴瓦

针对高速高压工况，D(Pm)系列选用滑动轴承而非滚动轴承。滑动轴承具有承载能力强、阻尼特性好、寿命长等优点，特别适合高速旋转机械。

轴瓦材料为锡基巴氏合金（ChSnSb11-6），厚度1.5-3mm，浇铸在铸钢瓦背上。巴氏合金具有优异的嵌入性与顺应性，微量异物可嵌入合金层而不损伤轴颈。轴瓦与轴颈间隙按轴颈直径的千分之一点二至千分之一点五设计，保证油膜形成的同时控制振动。

轴承箱为铸铁HT250整体结构，设有冷却水腔与温度监测点。润滑油系统采用强制润滑，油压0.15-0.25MPa，进油温度35-45℃，温升不超过25℃。

3.3 密封系统：碳环密封与气封油封

钷提纯工艺中，介质可能含有放射性微粒或腐蚀性成分，密封系统可靠性至关重要。

碳环密封：在轴端采用分段碳环密封，每套密封由多个碳环串联组成。碳环由浸渍呋喃树脂的高纯石墨制成，具有自润滑、耐高温、低摩擦系数等特点。密封间隙约0.05-0.1mm，通过弹簧力保持与轴的良好贴合。碳环密封可有效隔离工艺气体与轴承箱，防止气体泄漏与油品污染。

气封与油封：在叶轮两侧设迷宫式气封，利用多道曲折间隙形成流动阻力，减少级间泄漏。气封齿片为可更换的铝制或铜制薄片，磨损后可单独更换。油封采用双唇骨架油封或机械密封，防止润滑油外泄。

轴封系统：针对有毒或放射性气体，可配置双端面机械密封或干气密封系统，引入清洁的缓冲气体（通常为氮气）形成气幕隔离。

第四章风机维修与故障处理

4.1 定期维护项目

日常检查：每班记录轴承温度、振动值、油压油温；检查密封气压力；监听运转声音。 月度维护：检查润滑油品质，取样化验水分、酸值、颗粒度；清洁油过滤器；检查联轴器对中情况。 年度大修：解体检修，测量轴瓦间隙、油封间隙；检查叶轮磨损、腐蚀情况；检测主轴直线度与表面硬度；校验安全保护装置。

4.2 常见故障与处理

振动超标：

原因可能：转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动或气动激振处理步骤：首先检查对中与基础螺栓；监测振动频谱，如以1倍频为主则进行现场动平衡；如出现高频成分则检查轴承与齿轮啮合

轴承温度高：

原因可能：油路堵塞、油质劣化、轴承间隙不当、过载运行处理措施：检查冷却水系统与油过滤器；化验润滑油；测量轴承间隙；调整工况至额定范围内

压力波动：

原因可能：进口滤网堵塞、密封间隙过大、工艺系统阻力变化处理方法：清洗进口过滤器；检测密封间隙；与工艺操作人员协调稳定系统参数

4.3 大修关键技术要点

大修拆装需严格按照技术规范：

拆卸前标记所有配合位置，测量原始数据热装部件（如叶轮）需均匀加热至预定温度，严禁火焰直射轴瓦刮研需保证接触角60-90°，接触点每平方厘米2-3点转子组装后必须进行低速动平衡（200-300rpm）与高速动平衡（工作转速）复位后检查各部分间隙：轴瓦顶隙、侧隙；气封、油封间隙；叶轮与蜗壳间隙

针对钷提纯风机的特殊性，大修时需注意放射性防护：拆卸前进行表面污染检测；在专用隔离区域检修；废弃部件按放射性废物处理规程处置。

第五章工业气体输送风机的选型与应用

5.1 不同气体介质的风机适应性

空气与工业烟气：C(Pm)与D(Pm)系列均可适用。烟气温度高时需考虑材料耐热性，通常烟气温度不超过350℃。烟气含尘时前置高效过滤器，防止叶轮磨损与积灰不平衡。

二氧化碳(CO₂)与氮气(N₂)：密度大于空气（CO₂约1.98kg/m³，N₂约1.25kg/m³）。相同体积流量下，风机压头与功率需重新计算。材料需考虑CO₂在潮湿环境下的弱酸性腐蚀。

氧气(O₂)：AI(Pm)与S(Pm)系列常用。需严格禁油设计，所有接触氧气的部件脱脂清洗。材料选择铜合金或不锈钢，避免铁素体钢在高速氧气流中的燃烧风险。

惰性气体（He、Ne、Ar）：密度差异大（He仅0.18kg/m³，Ar达1.78kg/m³）。轻气体所需功率小但易泄漏，需加强密封；重气体功率需求大，需校核电机容量。

氢气(H₂)：密度极小（0.09kg/m³），泄漏倾向强，爆炸范围宽。必须采用双端面机械密封或磁力密封，配套氢气检测与氮气吹扫系统。电气设备需防爆设计。

5.2 钷提纯工艺中的风机配置方案

典型钷提纯生产线风机配置：

焙烧工序：D(Pm)893-2.52型风机提供氧化焙烧所需热空气，变频控制调节氧浓度。配套高温型碳环密封与水冷轴承箱。 萃取车间循环：C(Pm)型风机维持车间微负压，防止放射性气溶胶外逸。风机采用耐腐蚀不锈钢材质，过滤系统配备HEPA高效过滤器。 保护性气体输送：AII(Pm)型双支撑风机输送氩气至还原炉，保持惰性气氛。配置氧含量分析仪与自动切换系统。 废气处理系统：CF(Pm)浮选专用风机（耐腐蚀设计）将含氟废气送至洗涤塔。叶轮与蜗壳喷涂聚四氟乙烯或采用整体不锈钢。

5.3 选型计算要点

选型需收集的基础数据：

气体成分、温度、湿度、含尘量所需质量流量或标准状态体积流量进气压力与排气压力（系统阻力计算）安装环境：海拔、环境温度、电源条件

密度修正公式：
实际工况下气体密度 = 标准密度 × (进气绝对压力/标准压力) × (标准温度/进气绝对温度)

功率计算公式：
轴功率 = (质量流量 × 压头) / (3600 × 风机效率 × 机械效率)
其中压头单位为焦耳每千克，需考虑气体压缩性系数修正

相似定律应用：
当改变转速时：流量与转速成正比；压头与转速平方成正比；功率与转速立方成正比

第六章技术发展趋势与展望

6.1 智能化监控系统

现代稀土提纯风机正朝着智能化方向发展：在线振动监测系统可实时分析频谱变化，预警不平衡、不对中、摩擦等故障；智能润滑系统根据负荷与温度自动调节油量与油品；密封状态监测通过检测泄漏气体成分判断密封健康度。

6.2 新材料应用

针对钷提取的特殊环境，新材料不断引入：叶轮采用钛合金或镍基合金提升耐腐蚀性；密封材料探索碳化硅与特种陶瓷；轴承涂层应用类金刚石薄膜(DLC)降低摩擦系数。

6.3 能效提升技术