轻稀土钷(Pm)提纯离心鼓风机技术专论:以D(Pm)1952-1.71型风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钷(Pm)提纯风机技术详解：以D(Pm)1606-2.5型离心鼓风机为核心

第一章：稀土矿提纯与离心鼓风机技术概述

稀土元素作为现代高科技产业不可或缺的战略资源，其提纯工艺的精密度与效率直接关系到材料性能与应用边界。在十七种稀土元素中，钷(Promethium, Pm)作为唯一的人工放射性元素，其分离与提纯对设备提出了特殊要求:不仅需要高效的气体输送能力，还需兼顾工艺系统的稳定性与介质兼容性。离心鼓风机在此过程中扮演着核心动压设备角色，通过提供可控、稳定的气流，保障萃取、浮选、分离等关键工序的连续进行。

当前稀土提纯领域应用的离心鼓风机已形成专业化系列，包括：“C(Pm)”型系列多级离心鼓风机，适用于中等压力、大流量工况；“CF(Pm)”与“CJ(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机，针对浮选工艺的气泡发生与搅拌需求优化；“D(Pm)”型系列高速高压多级离心鼓风机，满足高压气体输送与物料干燥需求；以及“AI(Pm)”、“S(Pm)”、“AII(Pm)”等单级加压风机系列，分别适用于悬臂、双支撑等不同安装环境。这些设备可安全输送空气、工业烟气、二氧化碳、氮气、氧气、氦气、氖气、氩气、氢气及混合无毒工业气体，覆盖了稀土湿法冶金与干法处理的全流程。

本文将聚焦于轻稀土钷(Pm)提纯风机中的高压核心设备:D(Pm)1952-1.71型高速高压多级离心鼓风机，从其型号解析、结构特性、配件系统、维护修理及气体输送适应性等方面展开深度技术论述。

第二章：D(Pm)1952-1.71型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号命名规则与技术参数解读

离心鼓风机的型号是其技术特征的浓缩表达。以D(Pm)1952-1.71为例进行解析：

“D”：代表该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机。该系列采用多级叶轮串联结构，通过逐级增压，可在高转速下实现出口压力的显著提升，特别适用于需要克服高系统阻力的提纯工艺流程。

“(Pm)”：表明此风机为钷(Pm)元素提纯工艺的专用或适配型号。这意味着在材质选择、密封设计、防腐处理等方面进行了针对性优化，以应对稀土冶炼环境中可能存在的腐蚀性介质或微量放射性污染风险。

“1952”：表示风机在设计工况下的进口体积流量为每分钟1952立方米。此流量参数是风机选型的核心依据之一，需与上游供气系统及下游用气设备（如反应塔、干燥器、跳汰机等）的负荷精确匹配。

“-1.71”：表示风机出口处的气体绝对压力为1.71个大气压（即表压约为0.71 kgf/cm²或71 kPa）。值得注意的是，根据命名规则，若未特殊标注进口压力，则默认为标准大气压（1个大气压）。因此，该风机产生的压升约为0.71个大气压。

作为对比，参考型号D(Pm)300-1.8表示：D系列风机，流量300 m³/min，出口压力1.8个大气压（压升0.8个大气压），常用于与跳汰机配套的空气输送。

D(Pm)1952-1.71型风机正是基于大流量、中高压力的工艺需求而设计，能够在钷的萃取分离或粉末物料气力输送环节提供稳定可靠的气源动力。

2.2 核心结构与工作原理

D(Pm)1952-1.71型风机属于多级离心式结构。其核心工作原理是：驱动电机通过高速联轴器带动风机主轴旋转，固定在主轴上的多级风机转子总成（包含多个闭式或半开式叶轮）随之高速转动。气体从进气室轴向吸入，进入第一级叶轮。在叶轮叶片的作用下，气体随叶轮高速旋转，获得动能和静压能。随后，气体经导流器（扩压器）引导至下一级叶轮入口，动能部分转化为静压能。此过程逐级重复，经过多级增压后，气体最终达到设计压力，从蜗壳出口排出。

这种多级串联设计，在保证高效率的前提下，实现了单台设备产生较高压比，避免了单级风机为达到同等压比所需的高圆周速度带来的强度与振动难题。

第三章：关键配件系统剖析

轻稀土钷(Pm)提纯风机的长期稳定运行，高度依赖于其精密、可靠的配件系统。以下对D(Pm)1952-1.71型风机的核心配件进行说明：

风机主轴：作为传递扭矩和支撑转子的核心部件，通常采用高强度合金钢（如40CrNiMoA）锻造而成，经调质处理获得优异的综合机械性能。主轴需进行精密的动平衡校正，并具有极高的尺寸精度和形位公差要求，以确保在高速运转下的稳定性，防止临界转速引发的共振。

风机转子总成：这是将机械能转化为气体压力能的核心组件。总成包括多级叶轮、隔套、平衡盘（鼓）以及锁紧螺母等。叶轮多采用高强度铝合金、不锈钢或钛合金精密铸造或数控加工而成，型线经过空气动力学优化。对于钷提纯环境，叶轮材质需具备良好的抗腐蚀和抗冲蚀性能。转子总成在装配后必须进行整体高速动平衡，将不平衡量控制在极低范围内（如G2.5级或更高）。

风机轴承与轴瓦：高速高压风机常采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，因其承载能力大、阻尼性能好、适用于高转速工况。轴瓦通常为剖分式，内衬巴氏合金（白合金）。巴氏合金具有良好的嵌入性和顺应性，能容忍微小的对中误差和杂质，保护主轴轴颈。轴承润滑采用强制循环油润滑系统，确保形成稳定的油膜，带走摩擦热量。

密封系统：这是防止介质泄漏、保证工艺安全和效率的关键。

气封（迷宫密封）：通常安装在各级叶轮之间以及轴端，通过一系列节流齿隙形成流动阻力，极大减少级间窜气和轴向泄漏。其结构简单，非接触式，可靠性高。

碳环密封：在轴端用于密封工艺气体，防止其外泄至大气或轴承箱。碳环材料具有自润滑性，能在与轴套轻微接触的情况下保持低磨损，密封效果好于传统迷宫密封。

油封：主要安装在轴承箱两端，防止润滑油外泄，并阻挡外部灰尘进入轴承区。常用形式为骨架油封或机械密封。

轴承箱：是容纳主轴轴承、轴瓦及部分润滑回路的主体铸件。它要求有足够的刚度和精度，确保轴承座孔的同心度，并为润滑油路提供通道。良好的散热筋设计有助于轴承散热。

第四章：风机维护、常见故障与修理要点

轻稀土钷(Pm)提纯风机的维护与修理必须遵循预防为主、精准维修的原则，以保障连续生产的需要。

4.1 日常维护与定期检查

振动与温度监测：每日记录轴承箱振动值（速度或位移）和轴承温度、油温。异常升高往往是故障的先兆。

润滑系统维护：定期检查润滑油油位、油质，按周期取样化验，及时更换变质润滑油。清洗或更换油过滤器，保证油路畅通、油压稳定。

密封检查：观察气封、油封处是否有异常泄漏。碳环密封需定期检查磨损量。

紧固与对中：定期检查地脚螺栓、联轴器螺栓的紧固情况，以及电机与风机主机的对中状态。热态对中数据的准确性至关重要。

4.2 常见故障分析与修理

振动超标：

原因：转子不平衡（结垢、叶片磨损、部件脱落）、对中不良、轴承磨损（轴瓦巴氏合金层脱落或磨损）、基础松动、进入喘振区运行。

修理：停机后，首先复查对中。若对中无问题，则需抽出转子总成，进行清洗、检查。更换损坏的叶轮或部件，并对转子总成重新进行高速动平衡。检查轴瓦间隙，若超标则需刮研或更换新轴瓦。

轴承温度过高：

原因：润滑油不足或变质、油路堵塞、冷却器效率下降、轴承间隙过小、负载过大或对中不良导致附加载荷。

修理：检查润滑系统各环节，清洗冷却器，保证油量、油压、油温正常。测量调整轴承间隙至设计值。复核机组对中和管道载荷。

风量或压力不足：

原因：进气过滤器堵塞、密封间隙（特别是级间密封和碳环密封）磨损过大导致内泄漏加剧、转速未达额定值、工艺系统阻力变化。

修理：清洗或更换过滤器。停机大修时，重点检查并更换所有迷宫密封齿和碳环密封组件，恢复设计间隙。检查驱动系统（电机、变频器等）。

异常声响：

原因：喘振引起的周期性吼声、轴承损坏的撞击声或摩擦声、转子与静止件摩擦的刮擦声。

修理：若为喘振，应立即开大出口阀门或放空阀，使工况点脱离喘振区，并检查防喘振控制系统。内部摩擦需立即停机解体检查。

对于D(Pm)1952-1.71这类关键设备的大修，建议返回制造厂或具备专业资质的维修中心进行，以确保修复后的性能与可靠性。

第五章：输送工业气体的特殊考量

轻稀土钷(Pm)提纯风机所处理的介质远不止空气。前文所列的CO₂、N₂、O₂、He、H₂等工业气体，其物理化学性质迥异，对风机设计、选材和运行提出特殊要求。

气体密度的影响：气体密度直接影响风机所需的功率和压头。例如，输送密度极小的氢气(H₂)时，在相同压升和流量下，所需功率远小于输送空气，但叶轮型线可能需要调整以保持高效率。反之，输送密度较大的氩气(Ar)时，功率需求增大，需校核电机功率和转子强度。

腐蚀性与材质选择：如输送潮湿的氯气、二氧化硫烟气等，需采用不锈钢（如316L）、哈氏合金甚至钛材等抗腐蚀材料制造过流部件（蜗壳、叶轮、密封）。对于D(Pm)1952-1.71，针对稀土工艺中可能存在的酸性介质，其内部材质通常已进行升级。

毒性、易燃易爆性与安全性：输送氧气(O₂)时，需绝对禁油，所有接触氧气的部件必须进行严格的脱脂处理，并采用惰性气体密封防止油蒸汽进入。输送氢气(H₂)等易燃气体时，轴端密封必须采用高可靠性的干气密封或双端面机械密封，防止泄漏，同时风机需防静电接地，电气设备防爆。对于钷提纯工艺中可能存在的微量放射性气溶胶，密封系统的可靠性更是重中之重。

特殊气体的密封：对于氦气(He)、氢气(H₂)等分子量小、渗透性强的气体，标准迷宫密封泄漏率会增大，需要采用更精密的密封形式，如蜂窝密封、或“迷宫密封+氮气阻塞密封”的组合形式。

因此，在选用C(Pm), CF(Pm), D(Pm)等系列风机输送特殊工业气体时，必须向制造商提供完整、准确的介质组分、温度、压力参数，以便进行定制化设计和选材，确保安全、高效、长寿命运行。

第六章：总结

离心鼓风机是轻稀土钷(Pm)提纯产业链中不可或缺的“心脏”设备。D(Pm)1952-1.71型高速高压多级离心鼓风机以其大流量、中高压力的特性，适用于钷分离流程中的关键增压环节。其高性能的实现，依赖于精密设计的主轴、转子总成、高效的密封系统以及可靠的滑动轴承支撑。

深入理解风机型号背后的技术参数，是正确选型和应用的基础。而系统的日常维护、精准的故障诊断与专业的修理，则是保障风机在其生命周期内稳定运行、为稀土提纯工艺持续提供可靠动力的关键。面对多样化的工业气体输送需求，必须充分考虑气体的特殊性质，在风机设计阶段进行针对性适配，确保安全性与经济性的统一。

随着稀土新材料产业的不断发展，对提纯工艺的效率和纯度要求将日益苛刻，这也将推动包括轻稀土钷(Pm)提纯风机在内的专用设备向更高效率、更高可靠性、更智能化的方向持续演进。