轻稀土钷(Pm)提纯风机:D(Pm)865-2.24型高速高压多级离心鼓风机技术解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钷提纯、离心鼓风机、D(Pm)865-2.24、风机维修、工业气体输送、稀土矿提纯设备、风机配件、多级离心风机

一、稀土矿提纯工艺中的离心鼓风机技术概述

在稀土矿物提纯加工领域，离心鼓风机作为关键的气体输送与处理设备，发挥着不可替代的作用。特别是对于轻稀土元素钷（Pm）的提取与精炼过程，风机系统需要满足特殊的气体介质要求、精确的压力控制以及高度的运行稳定性。稀土矿提纯工艺通常包括矿石破碎、浮选、焙烧、酸浸、萃取和电解等多个环节，其中多个工序需要风机提供稳定气流，用于物料输送、氧化反应、气体保护或废气处理等不同用途。

离心鼓风机通过高速旋转的叶轮将机械能转化为气体动能与压力能，其工作原理基于离心力作用和气体动力学原理。当电机驱动风机主轴旋转时，固定在主轴上的叶轮随之高速转动，叶轮叶片间的气体在离心力作用下被甩向蜗壳，形成高压气流从出口排出，同时在叶轮中心区域形成低压区，使外部气体不断被吸入，从而实现连续的气体输送。

在钷稀土提纯工艺中，风机需要适应多种工业气体环境，包括惰性气体保护、反应气体供给和工艺废气处理等不同工况。因此，风机设计必须考虑气体特性（密度、粘度、腐蚀性、爆炸性等）、工艺参数（流量、压力、温度等）以及运行环境（海拔、湿度、粉尘等）多方面因素。针对稀土提纯的特殊要求，风机行业开发了多种专用系列产品，形成了完整的技术体系。

二、轻稀土钷提纯工艺对风机的特殊要求

钷（Promethium）作为镧系稀土元素之一，在自然界中含量极少，主要从核燃料裂变产物中提取或通过人工合成获得。其提纯工艺复杂且精细，对配套风机设备提出了极高要求：

介质适应性要求：钷提纯过程中可能接触多种气体介质，包括惰性保护气体（氩气、氮气）、反应气体（氧气、氢气）以及工艺废气等。风机必须具有良好的介质兼容性和密封性能，防止气体泄漏或交叉污染。

压力稳定性要求：提取工艺中的气体压力需要精确控制，压力波动可能导致化学反应条件改变，影响产品纯度和提取效率。风机必须具备稳定的压力输出能力和灵敏的调节性能。

耐腐蚀性要求：钷提纯过程中可能产生酸性或碱性气体，风机过流部件需采用耐腐蚀材料或进行特殊表面处理，确保设备长期稳定运行。

洁净度要求：高纯度钷的生产要求设备内部洁净，避免油污、粉尘等杂质污染产品。风机需采用无油设计或高效密封结构，确保输送气体洁净。

安全防护要求：部分工艺涉及易燃易爆气体（如氢气），风机需具备防爆设计和安全保护装置，确保安全生产。

针对这些特殊要求，风机行业开发了专门用于稀土提纯的系列产品，其中“D(Pm)”型系列高速高压多级离心鼓风机是专为钷提纯工艺中的高压气体输送而设计的核心设备。

三、D(Pm)865-2.24型高速高压多级离心鼓风机详解

3.1 型号命名规则与基本参数

根据提供的型号标注规则，“D(Pm)865-2.24”型号解读如下：

“D”：表示该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机，这是专为高压气体输送设计的风机系列。

“(Pm)”：表示该风机专为轻稀土钷提纯工艺设计或优化，在材料选择、密封结构、耐腐蚀处理等方面进行了特殊设计。

“865”：表示风机在标准状态下的额定流量为每分钟865立方米。这是风机设计的关键参数之一，决定了风机的尺寸和结构设计。

“-2.24”：表示风机出口压力为2.24个大气压（表压）。在风机标注中，如果没有特殊注明进口压力，通常默认进口压力为1个大气压（绝对压力）。因此，该风机的压比为2.24:1，能够提供1.24公斤/平方厘米的压力提升。

作为对比，同系列中的D(Pm)300-1.8型号表示：D系列钷提纯专用风机，流量300立方米/分钟，出口压力1.8个大气压。可见D(Pm)865-2.24具有更大的流量和更高的输出压力，适用于更大规模或更高压力要求的钷提纯工艺。

3.2 结构特点与技术优势

D(Pm)865-2.24型风机采用多级离心式设计，其主要结构特点包括：

多级叶轮串联结构：该风机采用多个离心叶轮串联在同一主轴上的设计，每个叶轮称为一级。气体每经过一级叶轮，压力提高一次，多级串联可实现较高的总压升。与单级离心风机相比，多级设计可以在不显著增加叶轮直径的情况下获得更高的压力，使风机结构更紧凑。对于D(Pm)865-2.24型，根据其压比2.24分析，通常采用2-4级叶轮串联设计。

高速直驱设计：D系列风机采用高速电机直接驱动或通过增速齿轮箱传动，转速通常在每分钟数千转至上万转范围内。高转速设计使风机在较小尺寸下可实现大流量和高压力，符合现代设备小型化、高效化的发展趋势。高速设计对转子动平衡、轴承系统和润滑系统提出了更高要求。

水平剖分式机壳：为便于检修和维护，D(Pm)865-2.24型风机通常采用水平剖分式机壳设计。机壳沿轴线水平分成上下两部分，用螺栓连接。这种结构便于在不拆卸进出口管道的情况下打开机壳，检查或更换内部部件，大大简化了维护工作。

专用材料选择：针对钷提纯工艺可能接触腐蚀性气体的特点，D(Pm)865-2.24型风机的过流部件（叶轮、机壳、隔板等）采用不锈钢（如304、316L）、双相钢或钛合金等耐腐蚀材料制造。对于非过流部件，则根据强度和经济性要求选择碳钢或低合金钢。

高效气动设计：风机叶轮采用三元流设计方法，通过计算流体动力学优化叶片型线，减少流动损失，提高效率。流道形状经过精心设计，确保气体平稳加速和减速，减少涡流和分离损失。根据设计参数估算，D(Pm)865-2.24型的绝热效率通常在75%-85%之间。

四、D(Pm)865-2.24型风机核心部件详解

4.1 风机主轴系统

风机主轴是传递动力、支撑旋转部件的核心零件，其设计制造质量直接关系到风机运行的可靠性和寿命。D(Pm)865-2.24型风机的主轴系统具有以下特点：

材料与热处理：主轴通常采用优质合金钢（如42CrMo、35CrMoV）锻造而成，经过调质处理获得良好的综合机械性能。表面关键部位（如轴承安装处、叶轮安装处）进行高频淬火或氮化处理，提高表面硬度和耐磨性。

结构与尺寸：主轴为阶梯轴设计，不同直径段分别用于安装叶轮、轴承、密封件和联轴器。轴颈尺寸根据传递功率和扭矩计算确定，同时考虑临界转速避开运行转速范围，防止共振。D(Pm)865-2.24型风机转速较高，主轴设计需特别注意刚度与强度的平衡。

加工精度：主轴加工精度要求极高，关键直径公差控制在微米级，表面粗糙度达到Ra0.4以下。各安装段的同轴度、圆度、圆柱度误差严格控制，确保旋转部件安装后运行平稳。

动平衡校正：主轴在加工完成后需进行精密动平衡校正，剩余不平衡量控制在极低水平。多级风机的主轴通常与叶轮组装后进行整体高速动平衡，平衡精度通常达到G2.5级或更高标准。

4.2 风机轴承与轴瓦系统

D(Pm)865-2.24型风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑转子，与滚动轴承相比，滑动轴承具有承载能力强、阻尼特性好、寿命长等优点，特别适合高速重载场合。

轴承结构形式：采用水平剖分式径向轴承和推力轴承组合。径向轴承承受转子径向载荷，推力轴承承受轴向载荷并确定转子轴向位置。轴承衬背通常为碳钢，内衬巴氏合金（白合金）作为减摩层。

巴氏合金材料：巴氏合金是锡基或铅基合金，具有良好的嵌入性、顺应性和抗胶合能力，能够适应一定的轴颈偏斜和不对中。D(Pm)865-2.24型风机通常采用SnSb11Cu6等高性能锡基巴氏合金。

润滑系统：轴承采用压力油强制润滑，润滑油经滤油器过滤、油冷却器冷却后进入轴承。油膜形成基于流体动压润滑原理：轴颈旋转时，将润滑油带入楔形间隙，形成高压油膜将轴颈托起，实现液体摩擦。油膜压力分布可通过雷诺方程描述，最大压力位于油楔最小间隙之前。

轴承间隙控制：轴承间隙是影响轴承性能的关键参数，通常按轴颈直径的千分之一到千分之一点五选取。间隙过小会导致油膜厚度不足、温升过高；间隙过大会降低油膜刚度，引起振动。D(Pm)865-2.24型风机轴承间隙需根据实际运行工况精确计算确定。

4.3 风机转子总成

转子总成是风机的核心旋转部件，由主轴、叶轮、平衡盘、轴套等零件组成。

叶轮设计与制造：D(Pm)865-2.24型风机的叶轮为后弯式闭式叶轮，由前盘、后盘和叶片焊接或铆接而成。叶片型线经过气动优化，出口安装角通常为30-60度。叶轮材料根据输送气体性质选择，常用不锈钢或铝合金。制造完成后需进行超速试验，试验转速为额定转速的115%-120%，持续2分钟以上。

级间密封：多级风机各级叶轮之间设有级间密封，减少高压级向低压级的泄漏。密封形式通常为迷宫密封，由一系列齿片和凹槽组成，形成多次节流膨胀，降低泄漏量。密封间隙通常为0.3-0.5毫米，过小可能引起摩擦，过大则泄漏增加。

平衡盘设计：多级离心风机通常设有平衡盘，用于平衡大部分轴向推力。平衡盘工作原理基于压力差：高压侧气体通过微小间隙泄漏到平衡盘背面，产生与轴向推力相反的平衡力。剩余轴向推力由推力轴承承受。平衡盘与固定件之间的间隙需精确控制，确保平衡效果。

转子动力学特性：转子总成设计需进行详细的动力学分析，计算各阶临界转速、振型和不平衡响应。工作转速应避开临界转速一定范围，通常要求一阶临界转速高于工作转速的125%（刚性转子）或工作转速在一阶与二阶临界转速之间（柔性转子）。D(Pm)865-2.24型风机通常设计为刚性转子。

4.4 密封系统

密封系统是防止气体泄漏和润滑油污染的关键，D(Pm)865-2.24型风机采用多重密封组合设计。

气封（迷宫密封）：在叶轮进口、级间和出口等位置设置迷宫密封，减少内部泄漏。迷宫密封由一系列交替排列的齿片和腔室组成，气体每通过一个齿隙产生节流膨胀，压力和速度能转化为热能，减少泄漏动能。泄漏量计算公式基于流量系数和压力比，可通过经验公式估算。

油封：防止润滑油从轴承箱泄漏。常用油封形式包括接触式唇形密封和非接触式间隙密封。D(Pm)865-2.24型风机通常采用组合式油封：内侧为甩油环，利用离心力将油甩回油箱；中间为迷宫密封；外侧为接触式密封，形成多重防护。

碳环密封：对于有特殊密封要求的场合，可能采用碳环密封作为轴端密封。碳环密封由多个碳环组成，靠弹簧力与轴套表面保持轻微接触，形成动态密封。碳环材料具有自润滑性，摩擦系数低，能够适应一定程度的轴偏摆和振动。碳环密封泄漏量小，但成本较高，主要用于有毒、易燃或贵重气体密封。

4.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱结构：轴承箱是支撑轴承、容纳润滑油的外壳，通常为铸铁或铸钢件。设计需保证足够的刚度，防止变形影响轴承对中。箱体设有观察窗、温度计插座、油位计等附件，便于运行监控。

润滑系统组成：包括油箱、油泵、滤油器、油冷却器、管道和阀门等。油泵通常为齿轮泵或螺杆泵，提供稳定油压。双联滤油器可实现不停机切换清洗。油冷却器采用水冷或风冷，将油温控制在40-55℃范围内。系统设有压力、温度监控和报警装置，确保润滑安全可靠。

润滑油选择：根据轴承类型和运行条件选择合适粘度等级的透平油。粘度太高增加摩擦损失，粘度太低降低油膜承载能力。D(Pm)865-2.24型风机通常选用ISO VG32或VG46透平油，同时需考虑抗氧化性、防锈性和抗乳化性等性能指标。

五、风机配件管理与维修保养

5.1 常用配件清单与储备策略

为保证D(Pm)865-2.24型风机长期稳定运行，需合理管理备品备件。关键配件包括：

易损件：轴承巴氏合金衬瓦、密封环（迷宫密封齿片）、碳环密封组件、油过滤器滤芯、联轴器弹性元件等。这些部件有确定的更换周期，应定期储备。

关键备件：叶轮、主轴、齿轮（如有增速箱）、推力盘等。这些部件价格高、制造周期长，建议根据设备重要性确定储备策略：关键生产线上的风机应储备全套转子总成；非关键设备可储备部分关键部件或与制造商签订快速供应协议。

通用件：螺栓、螺母、垫片、O型圈、油封等标准件。应建立最小库存量，定期补充。

专用工具：包括叶轮拆装工具、轴承液压拆装工具、对中工具、动平衡仪器等。专用工具可大幅提高维修效率和质量，应妥善保管。

配件管理应采用计算机化管理系统，记录配件型号、规格、库存数量、存放位置、供应商信息等，实现科学管理。

5.2 定期维护保养内容

日常检查：每日检查油位、油温、油压、振动值、噪声等运行参数；检查是否有泄漏、异响等异常现象；记录运行数据，建立趋势分析。

月度保养：检查联轴器对中情况；检查基础螺栓紧固状态；清洁滤油器；取油样进行实验室分析，检测油质变化。

季度保养：更换油过滤器滤芯；检查电气控制系统；测试安全保护装置（振动开关、温度开关、压力开关等）。

年度大修：停机全面检查，内容包括：

拆卸检查轴承和轴瓦，测量间隙和磨损量

检查迷宫密封间隙，更换磨损严重的密封齿片

检查叶轮腐蚀、磨损情况，必要时进行动平衡校正

检查主轴有无磨损、裂纹，测量直线度

清理机壳内部，检查隔板、扩压器等静止部件

校验所有仪表和传感器

重新组装后进行对中检查，试运行验收

5.3 常见故障诊断与处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承损坏、基础松动等。处理步骤：首先检查基础螺栓和联轴器对中；然后进行振动频谱分析，判断故障类型；针对性处理，如重新平衡转子、更换轴承等。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或污染、轴承间隙不当、载荷过大等。处理措施：检查油位、油压和油质；清洗润滑系统；检查轴承间隙是否符合要求；检查是否有异常载荷。

流量或压力下降：可能原因包括密封间隙过大导致内泄漏增加、滤网堵塞、叶轮磨损或积垢等。处理方法：检查进口滤网；停机检查内部密封间隙和叶轮状态；清洗或更换损坏部件。

异常噪声：可能原因包括喘振、旋转失速、部件摩擦等。喘振是离心风机特有的不稳定现象，当流量减少到一定值时，气流发生分离，产生强烈振动和噪声。预防措施：确保运行点远离喘振区，设置防喘振阀或采用变频调节。

六、稀土提纯工艺中其他专用风机系列简介

除了D(Pm)型高压风机外，稀土提纯工艺还使用多种专用风机，形成完整的技术体系：

6.1 “C(Pm)”型系列多级离心鼓风机

C系列为常规多级离心鼓风机，压力范围通常为0.5-2.0公斤/平方厘米，流量范围广。与D系列相比，C系列转速较低，结构更简单，适用于中等压力要求的工艺环节，如一般气体输送、通风等。

6.2 “CF(Pm)”与“CJ(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机

这两种风机专为稀土矿浮选工艺设计。浮选是通过气泡吸附矿物颗粒实现分离的过程，需要稳定、均匀的细微气泡。CF和CJ系列风机能够提供稳定压力和流量的空气，通过专门设计的曝气装置产生适合浮选的气泡。两种型号可能在结构细节或性能参数上有所不同，适应不同规模的浮选槽和矿石类型。

6.3 “AI(Pm)”型系列单级悬臂加压风机

AI系列为单级悬臂式离心风机，叶轮安装在轴端，无支撑侧轴承。结构简单紧凑，维护方便。适用于压力要求不高（通常低于1公斤/平方厘米）但空间受限的场合，如小型反应釜气体循环、局部气体增压等。

6.4 “S(Pm)”型系列单级高速双支撑加压风机

S系列为单级双支撑高速风机，叶轮位于两轴承之间，转子稳定性好。采用高速设计，单级即可达到较高压力。适用于需要较高压力但级数要求简单的工艺，如气体回收、废气增压输送等。

6.5 “AII(Pm)”型系列单级双支撑加压风机

AII系列与S系列类似，也是单级双支撑结构，可能在具体设计参数、材料选择或适用范围上有所区别，提供更多选择以满足不同工况需求。

七、工业气体输送风机的选型与应用

稀土提纯工艺中涉及多种工业气体，不同气体性质对风机选型和设计有重要影响：

7.1 常见工业气体特性与风机选型要点

空气：最常用的工艺气体，密度约1.29公斤/立方米。选型相对简单，按标准状态参数选择即可。需注意空气中可能含有粉尘或腐蚀性成分，必要时应加装过滤装置或选用耐腐蚀材料。

工业烟气：温度高、成分复杂、可能含有腐蚀性物质和颗粒物。风机需选用耐高温材料（如锅炉钢、耐热不锈钢），轴承箱需冷却或隔热，过流部件需考虑耐磨和防腐。可能需要前置除尘和降温装置。

二氧化碳(CO₂)：密度约为空气的1.5倍（标准状态），压缩性较高。相同压力下，输送CO₂所需功率大于空气。需注意CO₂在高浓度下的窒息风险，密封要求较高。

氮气(N₂)：惰性气体，密度略低于空气。常用于保护性气氛，防止氧化。风机选型与空气类似，但需特别注意密封，防止空气渗入影响气体纯度。

氧气(O₂)：强氧化性气体，密度与空气相近。输送氧气的风机必须彻底脱脂，所有与氧气接触的表面需进行特殊处理，防止油污引起燃烧事故。材料选择应考虑抗氧化性，避免使用易氧化材料。

氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)：惰性稀有气体，化学性质稳定。密度差异大（氦气最轻，氩气最重）。选型时需根据实际密度修正性能参数，特别注意轻气体的密封难度较大。

氢气(H₂)：密度极小（约为空气的1/14），易泄漏、易燃易爆。输送氢气的风机需采用特殊密封（如干气密封、双端面机械密封），防爆设计和防静电处理。材料需考虑氢脆现象，避免使用易发生氢脆的材料。

混合无毒工业气体：需根据混合气体的实际成分确定平均分子量、密度、比热比等参数，作为选型依据。同时考虑各组分对材料的腐蚀性、安全性等影响。

7.2 气体性质对风机性能的影响修正

当输送气体与空气性质不同时，风机性能参数需进行修正：

流量修正：体积流量一般不变，但质量流量随气体密度变化。相同体积流量下，密度大的气体质量流量大。

压力修正：风机产生的压头（单位质量气体的能量增量）与气体种类无关，但压力（单位面积上的力）与气体密度成正比。相同转速下，密度大的气体产生的压力高。

功率修正：风机轴功率与气体密度成正比。输送密度大的气体消耗功率大，电机选型需考虑此因素。

转速修正：改变输送气体时，如需保持相同压力，需调整转速。转速与气体密度的平方根成反比。

实际选型中，需根据工艺要求的气体种类、状态参数（温度、压力、湿度）、输送量等，结合风机性能曲线和相似定律，确定合适的型号和运行参数。

八、结语

D(Pm)865-2.24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设备，其设计充分考虑了稀土提纯的特殊要求，在结构设计、材料选择、密封技术等方面采用了多项专门技术。通过深入了解该型号风机的技术特点、部件结构和维护要点，用户可以更好地使用和维护设备，确保其长期稳定运行。

随着稀土产业技术不断进步，对配套风机设备的要求也将不断提高。未来发展趋势包括：更高效率的气动设计、更智能的状态监测与故障诊断、更环保的密封技术、更广泛的材料选择以及更灵活的调节方式。风机技术人员需要不断学习新知识、掌握新技术，以适应产业发展需求。

在实际应用中，建议用户与风机制造商保持密切沟通，根据具体工艺条件和运行经验，不断优化设备配置和维护策略，实现安全、高效、经济的运行目标。对于D(Pm)865-2.24型风机这样的专用设备，建立健全的技术档案、规范的维护程序和合理的备件储备，是保障生产线稳定运行的重要基础。