轻稀土钷（Pm）提纯风机核心技术解析：以D(Pm)1200-1.79型号为例

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钷提纯、离心鼓风机、D(Pm)1200-1.79、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心风机、轴瓦轴承、碳环密封

一、稀土矿提纯工艺中离心鼓风机的基础作用与技术要求

稀土元素的提纯是现代高科技产业的关键环节，其中轻稀土钷（Promethium, Pm）作为具有放射性的稀土元素，在核电池、荧光材料等领域具有独特应用价值。钷的提纯工艺对设备的安全性和稳定性提出了极高要求，离心鼓风机作为气体输送与加压的核心设备，在钷的萃取、分离和提纯过程中扮演着不可或缺的角色。

离心鼓风机在稀土提纯中的主要功能包括：为浮选工序提供适宜的气流动力，维持反应容器内的压力环境，输送工艺过程中所需的各类工业气体，以及确保放射性物质封闭循环系统的气体循环。这些功能要求风机必须具备高密封性、耐腐蚀性、运行稳定性和可维护性。

针对稀土提纯的特殊工况，风机技术需要重点关注以下几个方面：第一，气体介质的特殊性，可能涉及腐蚀性、放射性或高纯度要求；第二，运行压力的稳定性需求，提纯工艺往往对压力波动极为敏感；第三，密封系统的可靠性，防止放射性物质泄漏；第四，材料兼容性，确保风机部件不与工艺气体发生不良反应；第五，维护便利性，减少停机时间的同时确保操作人员安全。

二、轻稀土钷提纯专用离心鼓风机系列概览

根据稀土提纯工艺的不同环节和需求，风机厂家开发了多个专用系列，每个系列都有其特定的设计特点和适用场景：

“C(Pm)”型系列多级离心鼓风机采用多级叶轮串联设计，能够提供中等流量和较高压力，适用于需要稳定加压的萃取和分离工序。其结构相对紧凑，效率较高，是稀土提纯中应用最广泛的机型之一。

“CF(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机专门针对稀土矿浮选工艺优化，注重气流均匀性和调节灵活性，能够根据浮选槽工况实时调整供气参数，提高浮选效率和稀土回收率。

“CJ(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机在CF系列基础上进一步强化了抗堵塞设计和耐磨特性，特别适用于含有固体颗粒的气体介质，延长了在恶劣工况下的使用寿命。

“D(Pm)”型系列高速高压多级离心鼓风机是本文重点介绍的对象，采用高速转子设计和多级压缩，能够提供更高的压比和流量，适用于对压力要求严格的提纯环节，如高压反应釜供气、气体循环增压等。

“AI(Pm)”型系列单级悬臂加压风机采用悬臂式转子设计，结构简单，维护方便，适用于中小流量、中低压力的辅助工序，如实验室规模提纯或辅助系统供气。

“S(Pm)”型系列单级高速双支撑加压风机通过高速单级叶轮和双支撑轴承结构，在紧凑尺寸下实现较高压力输出，适用于空间受限的提纯装置。

“AII(Pm)”型系列单级双支撑加压风机在AI系列基础上增加支撑点，提高了转子刚性和运行稳定性，适用于振动敏感的精制工序。

这些系列风机可输送的气体介质广泛，包括：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。不同气体介质的物理性质差异要求风机在材料选择、密封形式和运行参数上做出相应调整。

三、D(Pm)1200-1.79型高速高压多级离心鼓风机深度解析

3.1 型号命名规则与基本参数

根据提供的命名规则示例（D(Pm)300-1.8），我们可以准确解读D(Pm)1200-1.79型号的含义：

“D”：代表D系列高速高压多级离心鼓风机，该系列特点是采用多级叶轮、高速转子设计，能够实现较高的压升。

“(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、密封设计和安全防护方面考虑了钷提纯的特殊要求。

“1200”：表示风机在标准状态下的额定流量为每分钟1200立方米。这是风机选型的关键参数，需要根据提纯工艺的实际气量需求确定，需考虑工艺峰值流量和安全余量。

“-1.79”：表示风机出风口的设计压力为1.79个大气压（表压）。需要注意的是，此压力值为出口绝对压力减去进口压力的差值。根据规则，如果未特别注明进口压力，则默认进口压力为1个大气压（绝对压力），因此该风机的压比为1.79:1，压升为0.79个大气压。

D(Pm)1200-1.79型风机通常与跳汰机、高压反应器或气体循环系统配套使用，为钷的分离和提纯提供稳定、可控的气流动力。其设计点参数需要与工艺要求精确匹配，包括流量-压力曲线、效率曲线和功率曲线等。

3.2 结构特点与工作原理

D(Pm)1200-1.79作为多级离心鼓风机，其核心工作原理是通过高速旋转的多个叶轮对气体连续做功，使气体依次通过每一级叶轮和扩压器，动能不断转化为压力能，从而实现气体压力的逐级升高。

该型号风机通常采用水平剖分或垂直剖分式机壳，便于内部组件的检查和维护。气体从进口法兰进入进口腔室，经导流器引导后进入第一级叶轮。每一级均由一个叶轮、一个扩压器和一个回流器组成。扩压器将叶轮出口的高速气体的动能转化为静压能，回流器则将气体引导至下一级叶轮的进口方向。经过多级压缩后，气体最终从出口法兰排出。

高速转子系统是风机的核心，其动力学特性直接决定风机的运行稳定性和寿命。D(Pm)1200-1.79采用精密动平衡的转子总成，确保在工作转速下振动值控制在安全范围内。驱动方式通常为电动机通过增速齿轮箱驱动，以提高转子转速，满足高压比需求。

四、风机关键配件详解及其在钷提纯中的特殊考虑

4.1 风机主轴

主轴是传递扭矩、支撑转子部件的关键零件。D(Pm)1200-1.79的主轴通常采用高强度合金钢（如42CrMo）锻造而成，经过调质处理获得良好的综合机械性能。主轴的设计需满足以下要求：足够的强度和刚度以承受扭矩和弯矩；精确的尺寸和形位公差以保证转子组件的同轴度；合理的轴颈尺寸和表面硬度以适应轴承配合。在钷提纯应用中，主轴材料还需考虑与工艺气体的相容性，防止腐蚀或氢脆等问题。

4.2 风机轴承与轴瓦

D(Pm)1200-1.79系列风机常采用滑动轴承，具体为轴瓦形式，以适应高速重载工况。轴瓦通常由钢背衬和耐磨合金层（如巴氏合金）构成，具有承载力大、阻尼性能好、抗冲击等优点。在稀土提纯应用中，轴承系统的设计需特别注意：第一，润滑系统的可靠性，确保轴承在高温或连续运行条件下得到充分润滑；第二，轴承材料的兼容性，避免与可能泄漏的工艺气体发生反应；第三，温度监控，设置可靠的轴温监测点，预防烧瓦事故；第四，考虑放射性环境对润滑油的污染可能，设计相应的密封和防护措施。

4.3 风机转子总成

转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘、轴套等旋转部件的组合体。叶轮作为核心做功元件，其设计和制造质量直接影响风机性能和可靠性。D(Pm)1200-1.79的叶轮多采用后弯式叶片，效率较高，性能曲线较稳定。叶轮材料需根据输送气体性质选择，可能采用不锈钢、铝合金或特种合金。对于钷提纯应用，叶轮表面可能需要进行特殊涂层处理，以增强耐腐蚀性或减少放射性物质附着。转子总成在装配前需进行严格的动平衡校验，确保在工作转速范围内的振动符合ISO 1940等标准要求。

4.4 密封系统：气封、油封与碳环密封

密封系统是防止气体泄漏和外部污染物进入的关键，对于放射性钷提纯尤为重要。

气封（迷宫密封）通常用于级间和轴端，通过一系列节流齿与轴形成微小间隙，产生流动阻力以减少泄漏。设计时需优化齿形、间隙和长度，平衡泄漏量与转子动力学特性。

油封主要用于轴承箱的密封，防止润滑油泄漏和外部异物进入。在放射性环境中，油封材料需耐辐射、耐老化，并考虑易于更换。

碳环密封是一种接触式机械密封，由多个碳环组成，在弹簧力作用下与轴接触，实现极低泄漏率。在D(Pm)1200-1.79风机中，碳环密封可能用于处理有毒或放射性气体的场合。碳环材料具有自润滑性、耐高温和化学稳定性，但需辅助密封气体（如氮气）形成气幕，进一步阻隔工艺气体外泄。密封系统的设计需综合考虑泄漏率要求、维护成本和安全性。

4.5 轴承箱

轴承箱是容纳轴承、提供润滑和冷却的部件。其设计需保证结构刚性，防止变形影响轴承对中；内部油路设计合理，确保润滑油充分循环带走热量；设置观察窗、油位计和温度计等监测接口。在钷提纯应用中，轴承箱可能需要额外的屏蔽或防护设计，减少放射性对维护人员的影响。

五、D(Pm)1200-1.79型风机的维护与修理要点

5.1 日常维护与监测

日常维护是预防故障、延长风机寿命的基础。对于D(Pm)1200-1.79风机，日常维护应包括：定期检查润滑油位、油质和油温，按时更换润滑油和滤芯；监测轴承振动和温度趋势，记录运行数据；检查密封系统泄漏情况；监听运行声音，发现异常及时排查。在放射性环境中，维护工作需遵循辐射防护规程，使用远程监测工具或必要防护装备。

5.2 常见故障诊断与处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡、轴承磨损、对中不良、基础松动或喘振。处理时需先分析振动频率特征，判断故障类型，然后采取相应措施如重新动平衡、更换轴承、重新对中等。

轴承温度过高：可能由于润滑不良、轴承损坏、油冷却系统故障或过载运行。需检查润滑油路、油质和冷却器，必要时更换轴承。

性能下降（压力或流量不足）：可能原因包括密封间隙磨损增大、叶轮腐蚀或堵塞、滤网堵塞或进口条件变化。需检查过滤系统、清理叶轮和流道，测量并调整密封间隙。

异常噪音：可能预示喘振、叶片损坏、轴承故障或异物进入。需立即检查系统阻力变化、进口导叶位置，停机检查内部部件。

5.3 大修流程与注意事项

大修通常包括全面解体、检查、修复或更换磨损部件、重新组装和测试。

解体阶段：严格按照顺序拆卸，标记各部件位置和配合关系。特别注意保护配合面和精密零件。在放射性污染可能的情况下，需先进行去污处理。

检查阶段：详细测量主轴直线度、叶轮口环间隙、轴承间隙、密封间隙等关键尺寸，与原始数据对比。检查叶轮、主轴是否有裂纹（可采用无损检测方法）。评估各部件磨损程度，确定修复或更换方案。

修复阶段：对于可修复部件，如补焊修复叶轮磨损、重新研磨轴颈、刮研轴瓦等，需确保修复工艺不影响部件强度和平衡。更换件需选用原厂或认证合格备件，特别注意材料的一致性。

组装阶段：按照反向顺序精心组装，确保各部件清洁，严格控制轴承游隙、叶轮与机壳间隙、密封间隙等关键参数。采用扭矩扳手按规范紧固螺栓。转子组装后必须重新进行动平衡校验。

测试阶段：大修后应先进行机械运转试验，检查振动、温度、噪声等是否正常。然后逐步加载进行性能测试，验证压力、流量、功率等参数是否达到要求。在重新投入钷提纯工艺前，可能还需进行惰性气体试运行。

六、工业气体输送在稀土提纯中的特殊要求与风机适应性

稀土提纯过程涉及多种工业气体，不同气体性质对风机设计和操作有不同影响。

氧气（O₂）：强氧化性，要求风机内部清洁无油，材料选择上需避免使用易燃材料（如某些橡胶密封），通常采用不锈钢材质和无油润滑。运行中需严格防止油脂进入。

氢气（H₂）：密度小、易泄漏、易燃易爆。要求风机具有极高的密封性能，通常采用干气密封或改进型迷宫密封。电气设备需防爆设计。启动前需用惰性气体置换。

氮气（N₂）、氩气（Ar）等惰性气体：化学性质稳定，主要考虑气体的纯度和防止污染。风机内部清洁度要求高，密封系统需防止空气渗入污染气体。

二氧化碳（CO₂）：在一定温压下可能液化或形成干冰，需注意进气温度和控制压力，防止相变引起冲击。湿CO₂有腐蚀性，材料需耐腐蚀。

腐蚀性工业烟气：可能含有酸性组分，需根据具体成分选择耐腐蚀材料（如哈氏合金、特种不锈钢），或采取内衬防腐涂层。密封系统需加强，防止有毒气体泄漏。

D(Pm)系列风机在用于不同气体时，需重新校核性能曲线，因为气体密度、比热容等物性参数会影响风机的压头、流量和功率。根据气体等熵指数不同，压缩过程中的温升也会变化，需相应调整冷却措施。对于危险气体，风机的设计、制造和测试需遵循相关安全规范（如压力容器指令、防爆指令等）。

七、结论与展望

D(Pm)1200-1.79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动力设备，其设计和运行水平直接影响提纯效率、产品质量和生产安全。通过深入理解其型号含义、结构特点、关键配件和维护要点，技术人员能够更好地选择、操作和维护该设备，确保其在苛刻的放射性提纯环境中稳定可靠运行。

未来，随着稀土提纯技术的不断进步，对离心鼓风机的要求也将不断提高。风机技术可能朝着以下几个方向发展：更高效率的叶轮和流道设计，降低能耗；更智能的状态监测和故障预测系统，实现预测性维护；更先进的密封技术，如磁流体密封、干气密封的改进型，实现近乎零泄漏；更耐腐蚀和辐射的新型材料应用；以及模块化设计，缩短维护时间和降低辐射暴露风险。

对于风机技术人员而言，持续学习新技术、理解工艺需求、积累实践经验，是保障稀土提纯装置安全、高效、长周期运行的根本。通过精心维护和科学管理，D(Pm)1200-1.79等专用风机必将在我国稀土战略资源的高效利用中发挥更大作用。