轻稀土钷(Pm)提纯风机：D(Pm)375-3.4型离心鼓风机技术详解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钷提纯、稀土矿离心鼓风机、D(Pm)375-3.4型风机、多级离心鼓风机、风机配件维修、工业气体输送、轴瓦轴承、碳环密封、风机转子总成

一、引言：稀土提纯工艺与离心鼓风机的重要性

稀土元素作为现代工业的“维生素”，在新能源、航空航天、电子信息等领域具有不可替代的战略地位。轻稀土钷(Promethium, Pm)作为一种具有放射性特征的稀土元素，其提纯工艺对设备提出了特殊要求。在稀土矿湿法冶炼过程中，离心鼓风机承担着气体输送、氧化反应供气、浮选曝气等关键任务，其性能直接影响产品质量与生产效率。

本文以D(Pm)375-3.4型高速高压多级离心鼓风机为核心，系统阐述该型号风机在钷提纯工艺中的应用特点、技术参数、配件系统及维护要点，并对稀土冶炼中各类工业气体输送风机的选型与应用进行技术分析。

二、D(Pm)系列高速高压多级离心鼓风机技术特性

2.1 D(Pm)系列风机设计理念与结构特点

D(Pm)系列风机专为稀土冶炼高压气体输送工况设计，采用多级离心式结构，具备以下技术特征：

高压比设计：通过多级叶轮串联，实现单台设备1.3-4.0个大气压的出口压力，满足浸出、沉淀等工序对高压气体的需求。

高速稳定性：转子工作转速通常在8000-15000rpm之间，采用高精度动平衡校正，确保在高速工况下的平稳运行。

耐腐蚀处理：针对稀土冶炼环境中的酸性气体和腐蚀性介质，流道部件采用双相不锈钢或特种涂层保护。

模块化结构：各级压缩单元采用标准化设计，便于维护和部件更换。

2.2 D(Pm)375-3.4型风机技术参数详解

完整型号：D(Pm)375-3.4

该型号各参数含义如下：

D：代表D系列高速高压多级离心鼓风机

Pm：表示风机适用于钷(Promethium)提纯工艺的特殊设计版本，在材料选择、密封形式等方面有针对性优化

375：表示风机在标准状态下的额定流量为375立方米/分钟（即6.25立方米/秒）

3.4：表示风机出口设计压力为3.4个大气压（表压，相对于标准大气压）

技术性能参数：

进口条件：标准大气压（101.325kPa），温度20℃，相对湿度50%

压缩介质：空气或指定工业气体

压缩级数：通常为3-5级，根据具体设计而定

轴功率：约450-550kW，取决于气体性质和运行工况

效率范围：整机等温效率可达65-75%，多变效率70-80%

转速范围：根据具体设计，通常在10000-14000rpm之间

气动性能特点：
D(Pm)375-3.4型风机的性能曲线具有以下特征：在额定流量附近，压力-流量曲线较为平缓，有利于系统稳定运行；功率曲线随着流量增加而平缓上升，避免电机过载；效率曲线在额定工况点附近有较宽的高效区，适应一定范围的工况变化。

三、D(Pm)375-3.4型风机关键部件解析

3.1 风机主轴系统

主轴作为转子系统的核心，其设计与制造质量直接决定风机寿命和可靠性：

材料选择：采用42CrMoA或同等强度合金钢，调质处理后硬度达到HB240-280，兼具高强度与韧性

结构设计：采用阶梯轴结构，各级叶轮安装段精密加工，直径公差控制在±0.01mm内

热处理工艺：经过淬火+高温回火处理，表面进行氮化或高频淬火，提高轴颈耐磨性

临界转速：设计工作转速低于一阶临界转速的70%，确保避开共振区域

3.2 风机轴承与轴瓦系统

D(Pm)系列风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑，以适应高速重载工况：

轴瓦材料：巴氏合金（锡锑铜合金）衬层，厚度1.5-3mm，与钢背结合强度≥60MPa

润滑系统：强制油润滑，油压0.15-0.25MPa，进油温度35-45℃，温升不超过25℃

间隙控制：径向间隙按轴颈直径的0.1-0.15%设计，实际安装间隙需考虑热膨胀因素

监测保护：配备轴瓦温度传感器（双支PT100），超温报警（≥85℃）和停机保护（≥95℃）

3.3 风机转子总成

转子总成是能量转换的核心部件，由主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等组成：

叶轮设计：采用后弯式叶片，叶片数12-18片，出口角度20-40°，材料为F51双相不锈钢

装配工艺：热装法安装叶轮，过盈量按轴径的0.05-0.08%控制，装配后逐级进行动平衡

平衡标准：转子总成动平衡精度达到G2.5级（ISO1940标准），剩余不平衡量小于1g·mm/kg

防松措施：采用液压螺母或双螺母加防松垫圈，确保高速旋转下叶轮不发生轴向位移

3.4 密封系统

针对钷提纯工艺中可能存在的放射性微粒和腐蚀性气体，密封系统尤为重要：

气封设计：迷宫式密封，间隙0.2-0.4mm，密封齿数6-12道，可有效减少级间泄漏

碳环密封：在轴端采用碳环密封，由多个碳环分段组成，弹簧预紧保持径向贴合

油封系统：骨架油封或机械密封，防止润滑油泄漏到气体侧

特殊密封：对于放射性气体，可增设吹扫气体密封，用惰性气体形成隔离屏障

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱结构：分体式设计，便于安装和维修，内部设有导油槽和回油孔

润滑油选择：ISO VG46透平油，要求抗氧化、抗乳化性能优良

过滤精度：双联过滤器，过滤精度10μm，压差报警值0.15MPa

冷却系统：水冷式油冷却器，确保油温在合理范围内

四、D(Pm)375-3.4型风机运行与维护

4.1 启动与运行规程

启动前检查：

确认润滑系统正常，油位在视镜1/2-2/3处，油温≥25℃

检查各连接螺栓紧固状态，联轴器对中偏差≤0.05mm

手动盘车2-3转，确认无卡涩和摩擦声

检查进出口阀门状态，确保启动时空载或轻载

启动程序：

开启冷却水系统，调整水压至0.2-0.3MPa

启动辅助油泵，建立油压0.15MPa以上

点动电机，确认旋转方向正确

正式启动，缓慢升速至工作转速，避免在临界转速区域停留

逐步加载至工作压力，监测振动、温度参数

4.2 日常维护要点

振动监测：使用振动传感器连续监测，径向振动速度值不超过4.5mm/s（RMS）

温度控制：轴承温度稳定在65-75℃范围内，异常升高需排查原因

油品管理：每季度取样分析，水分含量≤500ppm，颗粒污染度不超过ISO 18/16级

气封检查：定期检查密封间隙，磨损超过设计值50%需更换

碳环密封：检查碳环磨损情况，单边磨损超过2mm或出现裂纹必须更换

4.3 常见故障与处理

振动异常：

原因分析：转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动

处理措施：重新动平衡、调整对中、更换轴瓦、紧固地脚螺栓

轴承温度高：

原因分析：润滑油不足或污染、轴瓦间隙过小、冷却效果差

处理措施：补充或更换润滑油、调整间隙、清洗冷却器

排气压力下降：

原因分析：密封磨损泄漏、叶轮腐蚀或积垢、滤网堵塞

处理措施：更换密封件、清理或更换叶轮、清洗进口滤网

异响噪声：

原因分析：转子与静止件摩擦、轴承损坏、喘振现象

处理措施：检查各部间隙、更换轴承、调整工况避免喘振

五、稀土提纯工艺中各类离心鼓风机的应用

5.1 不同系列风机在钷提纯流程中的分工

稀土湿法冶炼是一个多工序的复杂过程，各工序对气体参数的需求不同：

C(Pm)型多级离心鼓风机：

应用工序：浸出槽、沉淀槽的中压供气

特点：压力范围1.3-2.5个大气压，流量适应性广

优势：效率高、运行平稳，适合长时间连续运行

CF(Pm)和CJ(Pm)型专用浮选离心鼓风机：

应用工序：浮选工序，为浮选机提供微泡空气

特点：压力稳定（通常0.4-0.6MPa），气体分散性好

特殊要求：需耐矿物浆液腐蚀，密封要求高

AI(Pm)型单级悬臂加压风机：

应用工序：物料输送、局部氧化反应供气

特点：结构紧凑、维护方便，压力适中（<1.8个大气压）

应用场景：小型反应器或辅助供气系统

S(Pm)型单级高速双支撑加压风机：

应用工序：高温烟气输送、尾气处理

特点：耐高温设计（可达250℃），双支撑结构稳定性好

材料选择：高温部位采用耐热不锈钢或合金材料

AII(Pm)型单级双支撑加压风机：

应用工序：气体循环、反应器搅拌供气

特点：可靠性高、振动小，适合中高压场合

设计特点：两端支撑，转子刚性更好

5.2 D(Pm)375-3.4型在钷提纯中的特殊应用

在轻稀土钷的提取过程中，D(Pm)375-3.4型风机主要承担以下关键任务：

高压浸出供氧：为高压浸出釜提供3.4个大气压的富氧空气，加速矿物分解

放射性气体输送：输送含有微量放射性物质的工艺气体，要求密封可靠无泄漏

惰性气体循环：在还原工序中，循环氩气等惰性保护气体

尾气加压输送：将处理后的尾气加压输送至后续处理设施

针对放射性环境，D(Pm)375-3.4型在标准设计基础上增加了以下特殊配置：

三重密封系统：碳环密封+迷宫密封+吹扫气体密封

防辐射涂层：内部流道喷涂防辐射吸附涂层

远程监测接口：振动、温度、压力参数可远程传输

快速隔离设计：便于放射性污染时的隔离和处理

六、工业气体输送的特殊考量

稀土提纯过程中涉及多种工业气体的输送，每种气体对风机设计都有特殊要求：

6.1 不同气体的物性参数与风机适应性

氧气(O₂)输送：

风险因素：强氧化性，与油脂接触可能引发燃烧

特殊要求：禁油设计，所有与氧气接触的部件需脱脂处理

材料选择：铜合金或不锈钢，避免产生火花

氢气(H₂)输送：

特性：密度小（仅为空气的1/14），易泄漏，爆炸范围宽

设计要点：加强密封，采用双端面机械密封，防静电设计

安全措施：气体检测报警，强制通风

氮气(N₂)、氩气(Ar)等惰性气体：

风险：缺氧环境，可能造成人员窒息

防护：严格密封，工作区域氧气浓度监测

二氧化碳(CO₂)输送：

特性：高压下可能液化，密度变化大

设计考虑：防止液化引起的液击，加强疏水设计

工业烟气：

特点：含腐蚀性成分（SOx、NOx）、固体颗粒、温度波动大

应对措施：耐腐蚀材料，耐磨涂层，热膨胀补偿设计

6.2 D(Pm)375-3.4型风机的多气体适应性设计

为适应稀土提纯中的多气体环境，D(Pm)375-3.4型采用以下通用设计：

材料兼容性：流道部件采用双相不锈钢2205或2507，耐受多种腐蚀介质

密封升级：标准配置碳环密封+迷宫密封，可选配干气密封或双机械密封

间隙调整：根据气体密度和粘度，可调整密封和叶轮间隙

轴承兼容：滑动轴承设计适用于多种气体，不受气体电导率影响

防腐涂层：内部可喷涂聚四氟乙烯（PTFE）或环氧改性涂层

6.3 气体转换时的注意事项

当风机需要输送不同气体时，必须注意：

相容性检查：确认新材料与残留气体不发生危险反应

彻底吹扫：用惰性气体（通常为氮气）吹扫系统，排除残留气体

密封检查：更换密封件或确认密封材料与新气体相容

参数调整：根据新气体的分子量、比热比等调整操作参数

安全验证：进行泄漏测试和功能测试，确认安全后再投入使用

七、维修与改造技术

7.1 定期大修内容与周期

D(Pm)375-3.4型风机的推荐大修周期为24,000运行小时或3年（先到为准），大修主要内容包括：

转子总成全面检查：

叶轮无损检测：磁粉探伤检查裂纹，超声波测厚检查腐蚀

主轴检测：直线度检查（≤0.02mm/m），表面硬度测试

动平衡校正：现场动平衡或送厂平衡，达到G2.5标准

轴承系统更换：

轴瓦更换：巴氏合金层重新浇铸或更换整体轴瓦

间隙调整：按设计值的±5%控制安装间隙

油路清洗：用专用清洗剂冲洗油路，去除油泥

密封系统更新：

碳环更换：整套更换碳环密封，确保各环自由浮动

迷宫密封：检查密封齿磨损，必要时更换密封片

油封更换：骨架油封或机械密封更新

辅助系统检修：

润滑系统：清洗油箱、更换滤芯、校验油泵

冷却系统：清洗冷却器、检查管路腐蚀

仪表校准：振动、温度、压力传感器重新校准

7.2 性能改造与升级

为适应工艺变化或提高效率，可对D(Pm)375-3.4型进行以下改造：

节能改造：

叶轮型线优化：采用三元流设计，提高气动效率3-5%

间隙控制优化：减少密封间隙，降低内部泄漏损失

变频调速改造：加装变频器，根据工况调整转速，节电10-25%

可靠性提升改造：

轴承升级：将普通轴瓦升级为可倾瓦轴承，提高稳定性

密封升级：迷宫密封升级为干气密封，实现零泄漏

状态监测升级：加装在线振动监测和故障诊断系统

适应性改造：

材料升级：根据输送气体腐蚀性，升级为更高级不锈钢或合金

防腐涂层：内壁喷涂特种防腐涂层，延长使用寿命

结构加强：对高温或高压部位进行局部加强

7.3 维修安全注意事项

在维修放射性环境使用的D(Pm)型风机时，需特别关注：

辐射防护：维修前进行辐射检测，穿戴防护装备，控制作业时间

污染控制：设立隔离区，防止放射性污染扩散

部件去污：使用专用去污剂清洗受污染部件

废物处理：放射性废物按规范分类、封装和处理

人员培训：维修人员需接受辐射安全培训和考核

八、未来发展趋势与技术展望

8.1 智能化与数字化

未来稀土提纯用离心鼓风机将向智能化方向发展：

智能监测：内置传感器实时监测性能参数，预测性维护

数字孪生：建立风机数字模型，模拟运行状态，优化操作

远程运维：通过物联网技术实现远程监控和故障诊断

8.2 新材料应用

新材料的应用将提升风机性能：

复合材料：碳纤维增强复合材料用于轻量化叶轮

特种涂层：自修复涂层、超疏水涂层延长部件寿命

高温合金：镍基合金提高高温气体输送能力

8.3 节能环保技术

节能减排技术将成为发展重点：

高效叶轮设计：采用仿生学设计，提高气动效率

余热回收：利用压缩热进行工艺加热或发电

低噪声设计：优化流道和外壳，降低噪声污染

九、结语

D(Pm)375-3.4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，其设计和制造水平直接影响稀土产品的质量和生产效率。通过深入了解其工作原理、结构特点、维护要点和适应性设计，用户能够更好地发挥设备性能，确保生产安全稳定运行。

随着稀土产业的技术进步和环保要求的提高，离心鼓风机技术也将不断创新升级。作为风机技术人员，我们应持续关注新技术、新材料的发展，不断提升设备运维水平，为我国稀土产业的发展提供可靠的技术保障。