轻稀土钷(Pm)提纯风机核心技术解析：以D(Pm)2957-2.26型号为核心的多级离心鼓风机系统

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钷提纯、离心鼓风机、D(Pm)2957-2.26、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土分离技术

引言：稀土提纯工艺中的气体动力核心

在稀土矿物分离与提纯工艺中，离心鼓风机作为气体输送与加压的关键设备，承担着为浮选、跳汰、气体保护等工序提供稳定气源的重要任务。特别是对于轻稀土元素钷（Pm）的提纯过程，由于其化学活性较高且提纯工艺对环境要求严格，专用风机系统的设计与运行稳定性直接影响到最终产品的纯度与生产效率。本文将深入剖析适用于钷提纯工艺的D(Pm)型系列高速高压多级离心鼓风机，重点解析D(Pm)2957-2.26型号的技术特性，并系统阐述风机关键配件组成、维修维护要点以及工业气体输送的特殊技术要求。

一、稀土提纯工艺对离心鼓风机的特殊要求

稀土矿提纯是一个复杂的物理化学过程，涉及破碎、磨矿、浮选、萃取、煅烧等多个工序。其中，离心鼓风机主要用于：

浮选工序供气：为浮选槽提供均匀细微的气泡，实现矿物与脉石的分离

跳汰机配套：提供恒定压力的气流，驱动跳汰机内水流脉动

保护气体输送：在部分敏感工序中输送惰性气体防止氧化

烟气处理：输送工业烟气至处理系统

对于钷提纯工艺，由于钷具有放射性（主要同位素Pm-147半衰期2.62年）且化学性质活泼，风机系统需满足以下特殊要求：

极高的密封性能防止放射性粉尘泄漏

材料兼容性（避免与工艺气体发生反应）

运行稳定性（连续生产要求）

压力与流量调节精度

二、D(Pm)2957-2.26型号高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号编码解读

D(Pm)2957-2.26这一完整型号标识包含以下技术参数信息：

“D”：代表D系列高速高压多级离心鼓风机，该系列专为高压、大流量工况设计，采用多级叶轮串联结构，每级叶轮逐级增压，最终达到所需出口压力。

“(Pm)”：表示该风机专为钷提纯工艺设计和优化，在材料选择、密封结构、防腐蚀处理等方面针对钷提纯环境进行了特殊设计。

“2957”：表示风机在设计工况下的进口体积流量为每分钟2957立方米（m³/min）。这是风机选型的核心参数之一，需根据实际工艺气体需求、温度、压力进行换算修正。

“-2.26”：表示风机出口绝对压力为2.26个大气压（atm），即相对于标准大气压（1 atm）的升压为1.26 atm。如果型号中没有“/”符号，则默认进口压力为1个大气压（标准工况）。

2.2 性能特性与工作曲线

D(Pm)2957-2.26风机采用多级离心设计，通常包含6-10级叶轮，每级增压约0.12-0.18 atm。其性能曲线具有以下特点：

流量-压力曲线：相对平坦，在额定流量附近压力变化较小，有利于工艺稳定

效率曲线：最高效率点通常设计在额定流量的85%-100%之间，高效区较宽

功率曲线：功率随流量增加而增大，需注意防喘振控制

对于该型号风机，其理论轴功率可通过以下公式估算：
轴功率（千瓦）等于（流量（立方米每秒）× 压力升（帕斯卡））除以（1000 × 风机效率 × 机械传动效率）

实际选型时需考虑气体密度修正，对于非空气介质，功率与气体密度成正比关系。

2.3 结构特点与创新设计

多级串联结构：采用水平剖分式机壳，各级叶轮安装在同一条主轴上，级间设置导叶装置将动能转化为压力能。机壳设计考虑热膨胀，设置合理的支撑与定位系统。

高速设计：转速通常为8000-12000 rpm，通过齿轮箱增速驱动。高速设计可减小风机体积，但同时对动平衡、轴承、密封提出更高要求。

材料选择：与工艺气体接触部分（叶轮、机壳内表面）根据输送介质不同选择材料。对于可能含有微量腐蚀性成分的工艺气体，采用不锈钢（如304、316L）或特殊涂层处理；对于纯惰性气体，可采用碳钢降低成本。

专用钷提纯优化：针对钷工艺中可能存在的微量放射性粉尘，在进气过滤、内部表面光洁度、清洗接口等方面进行特殊设计。

三、风机关键配件系统详解

3.1 转子总成系统

转子是离心鼓风机的“心脏”，D(Pm)2957-2.26的转子总成包括：

主轴：采用高强度合金钢（如42CrMo）整体锻造，经调质处理，具有高强度和良好的韧性。主轴设计充分考虑临界转速，工作转速应避开一阶和二阶临界转速的特定范围（通常工作转速低于一阶临界转速的70%或高于一阶临界转速的130%）。

叶轮：每级叶轮采用后弯式叶片设计，叶片数通常为12-16片。材料根据介质选择，常用有铝合金（用于空气、惰性气体）、不锈钢（用于腐蚀性气体）和钛合金（特殊工况）。叶轮与主轴采用过盈配合加键连接，部分高压级可能采用焊接结构。

平衡盘：用于平衡多级叶轮产生的轴向推力，减少推力轴承负荷。平衡盘与固定部件间的间隙控制至关重要，通常保持在0.20-0.35mm。

3.2 轴承与润滑系统

轴承配置：D系列风机通常采用滑动轴承（轴瓦）作为主支撑。径向轴承采用椭圆瓦或可倾瓦结构，具有良好的抗振性和稳定性；推力轴承采用金斯伯里型或米切尔型，承受转子剩余轴向力。

轴瓦材料：常用巴氏合金（锡基或铅基）衬层，厚度1-3mm，背材为铸钢或铸铁。巴氏合金具有良好的嵌入性和顺应性，可容忍少量异物而不损伤轴颈。

润滑系统：采用强制循环油润滑，包括主油泵、辅助油泵、油冷却器、过滤器、油箱等。油压通常维持在0.15-0.25MPa，进油温度控制在40-45℃，回油温度不超过65℃。

3.3 密封系统

密封系统对于防止气体泄漏、保持风机效率至关重要，尤其对于输送昂贵或危险气体的工况：

级间密封：采用迷宫密封，利用多次节流膨胀原理减少级间泄漏。密封齿数通常为4-7个，齿顶间隙为轴径的千分之1.5-2.5。

轴端密封：

碳环密封：由多个碳环组成，每个环由3-4个弧段构成，由弹簧箍紧在轴上。碳环密封允许少量气体泄漏作为密封气，但泄漏量远小于迷宫密封。适用于氢气等小分子气体或要求泄漏量极小的工况。

气封系统：向密封腔注入略高于机内压力的清洁气体（通常为氮气），阻止工艺气体外泄。气封压力需精确控制，通常比密封点内侧压力高0.005-0.015MPa。

油封：用于轴承箱与大气侧密封，防止润滑油泄漏。常用形式有甩油环+迷宫组合、接触式唇形密封等。

针对放射性粉尘的特殊密封考虑：在可能含有钷粉尘的工况，密封系统增加多级防护，如前置过滤器、密封气加强冲洗等。

3.4 轴承箱与机壳

轴承箱：独立于风机机壳，减少热传导和振动传递。箱体设计有足够的刚性，轴承座孔加工精度高（通常IT6级）。设置观察窗、温度测点、振动传感器接口。

机壳：水平剖分式，便于检修。材料根据压力等级和介质选择，常用铸铁（低压）、铸钢（高压）。进出口法兰按标准压力等级设计，通常配备膨胀节吸收管道应力。

四、D(Pm)系列风机维修与维护要点

4.1 日常维护与监测

振动监测：安装在线振动监测系统，关注以下参数：

通频振动值：不超过ISO 10816-3标准的区域B上限

频谱分析：识别不平衡、不对中、松动、轴承故障等特征频率

相位分析：辅助诊断故障类型

温度监测：

轴承温度：巴氏合金轴承金属温度不超过85℃，回油温度不超过65℃

润滑油温：进油40-45℃，温升不超过28℃

电机和齿轮箱轴承温度

性能监测：

定期记录流量、压力、电流等参数，绘制趋势曲线

效率计算：定期测试风机实际效率，下降超过5%需安排检修

4.2 常见故障处理

振动超标：

原因可能包括转子不平衡、对中不良、轴承损坏、基础松动等

处理步骤：首先检查对中和地脚螺栓；如无效，进行动平衡校正；检查轴承间隙和磨损

轴承温度高：

检查润滑油质、油量、油温；检查轴承间隙是否过小；检查轴瓦接触是否均匀

巴氏合金轴瓦的接触角应为60-90°，接触点每平方厘米不少于2-3点

性能下降：

可能原因：密封间隙过大导致内泄漏增加；叶轮磨损或结垢；进气过滤器堵塞

处理：检查各级密封间隙，必要时更换；清理叶轮；检查过滤系统

4.3 大修要点

D(Pm)型风机大修周期通常为3-5年或运行25000-40000小时，大修内容包括：

转子检修：

检查主轴直线度，全长跳动不超过0.02mm

检查叶轮磨损、腐蚀、裂纹情况，测量口环间隙

转子做高速动平衡，平衡精度不低于G2.5级

轴承与密封更换：

测量轴瓦间隙，顶隙应为轴径的千分之1.2-1.5，侧隙为顶隙的1/2

更换所有密封件，调整密封间隙

检查碳环密封的磨损和弹簧力

对中调整：

采用激光对中仪，冷态对中需考虑热膨胀的影响

对中要求：径向偏差不超过0.05mm，角度偏差不超过0.05mm/m

试车与验收：

分步试车：先试油系统，再电机单试，最后机组联动

性能测试：在额定工况下测试流量、压力、功率、振动、温度等参数

72小时连续运行无异常方可投入正式运行

五、稀土提纯工艺中其他风机系列简介

5.1 “C(Pm)”型系列多级离心鼓风机

特点：中压多级离心风机，压力范围1.2-2.0 atm，流量100-1500 m³/min

应用：主要用于浮选工序供气，为浮选槽提供稳定气泡

结构：一般3-5级，转速较低（3000-5000 rpm），维护简便

5.2 “CF(Pm)”与“CJ(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机

特点：专为浮选工艺优化，注重流量稳定性和微气泡生成能力

区别：CF型为卧式，CJ型为紧凑式设计，占地面积小

控制：通常配备变频调节，根据浮选槽液位和药剂添加量自动调节气量

5.3 “AI(Pm)”型系列单级悬臂加压风机

特点：单级叶轮，悬臂式结构，压力升高有限（通常不超过1.3 atm）

优势：结构简单、成本低、维护方便

应用：小流量保护气体输送、局部加压等辅助工序

5.4 “S(Pm)”型系列单级高速双支撑加压风机

特点：单级叶轮，双支撑结构，转速高（可达20000 rpm以上）

压力：单级压力比可达2.0以上

应用：中等流量、中高压力的气体输送，如跳汰机供气

5.5 “AII(Pm)”型系列单级双支撑加压风机

特点：传统双支撑单级离心风机，结构坚固，可靠性高

应用：广泛用于各种工业气体输送，适用范围广

六、工业气体输送的特殊考虑

稀土提纯工艺中可能涉及多种工业气体输送，不同气体对风机设计有特殊要求：

6.1 气体特性与风机选型

密度影响：

轻气体（如氢气、氦气）：密度小，相同压力比所需压头高，功率低但容易泄漏

重气体（如二氧化碳、氩气）：密度大，相同压头产生更高压力，功率大

风机功率与气体密度成正比关系，选型时必须进行密度修正。

压缩性影响：

对于压力比大于1.2的气体压缩，需要考虑气体可压缩性

实际排气量小于进口流量，温升高于不可压缩流体

采用多变压缩过程公式计算，多变指数取决于气体性质和冷却效果。

特殊气体注意事项：

氧气：禁油设计，所有与气体接触部分彻底脱脂，采用特殊密封材料

氢气：极小的分子易泄漏，需采用碳环密封或干气密封；防爆设计

腐蚀性气体：材料选择耐腐蚀合金；考虑冷凝腐蚀，控制进气温度

有毒气体：双端面密封加泄漏检测；负压区设计防止外泄

6.2 系统配置要点

安全设施：

气体检测报警系统

紧急切断阀和泄压装置

氮气吹扫系统（用于可燃气体）

过滤与净化：

进气高效过滤，防止颗粒物损伤叶轮和密封

对于湿度大的气体，前置除湿装置防止冷凝

材料兼容性：

根据气体性质选择相容材料

特别注意非金属密封件和润滑剂的兼容性

6.3 操作与维护特殊性

启动前置换：

对于可燃或有毒气体，启动前用氮气置换系统内的空气

停机前用氮气置换工艺气体

泄漏监测：

定期进行密封系统泄漏检测

对于碳环密封，监控密封气消耗量

特殊维护程序：

氧气风机维护需专用无油工具和工作服

可燃气体风机检修前需进行气体检测和隔离

七、D(Pm)2957-2.26在钷提纯工艺中的典型应用

在钷提纯生产线中，D(Pm)2957-2.26通常应用于以下关键环节：

主流程气体输送：为跳汰分离工序提供稳定压力的气流，压力波动控制在±2%以内，确保矿物分层效果稳定。

保护气体循环：在钷的某些湿法提取工序中，需在惰性气体（如氩气）保护下进行，防止钷化合物氧化。风机需连续稳定运行，且泄漏率极低。

尾气处理系统：输送含微量放射性粉尘的工艺尾气至过滤和处理系统，要求风机具有良好的密封性和耐微磨损性。

在实际应用中，D(Pm)2957-2.26通常与以下设备配套：

前置精细过滤器（过滤精度3-5μm）

进气消声器和出口膨胀节

变频调速系统（调节范围40-100%额定转速）

在线监测与故障诊断系统

备用润滑系统（双油泵配置）

八、未来发展趋势与技术展望

随着稀土提纯技术的进步和环保要求的提高，钷提纯专用风机将呈现以下发展趋势：

智能化与预测性维护：集成更多传感器，利用大数据和人工智能实现故障预测和健康管理，减少非计划停机。

高效节能设计：采用三元流叶轮、高效导叶等设计，提高风机效率3-5%；应用磁悬浮轴承等新技术，减少机械损失。

材料创新：开发耐腐蚀、耐磨损的新材料涂层，延长关键部件寿命；应用复合材料减轻转子重量，提高临界转速。

模块化与标准化：针对不同稀土元素提纯工艺，开发模块化设计，缩短交货周期，降低维护成本。

零泄漏技术：推广干气密封、磁力传动等无泄漏技术，进一步提高环境安全性和气体利用率。

结语

D(Pm)2957-2.26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，其设计理念体现了专用化、高效化和可靠化的工程思想。从转子动力学的精确计算到密封系统的精心设计，从材料选择的科学考量到维护维修的系统规划，每一个细节都关系到钷提纯工艺的稳定性和经济性。随着稀土战略价值的日益凸显和提纯技术的不断进步，专用风机技术必将向着更智能、更高效、更可靠的方向发展，为稀土工业的升级提供坚实的装备基础。