轻稀土钷(Pm)提纯风机基础知识与应用详解:以D(Pm)1947-1.66型离心鼓风机为例

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钷(Pm)提纯风机、D(Pm)1947-1.66、离心鼓风机配件、风机修理、工业气体输送、稀土矿提纯设备、多级离心鼓风机

一、引言：稀土矿提纯与离心鼓风机的关键作用

稀土元素是现代高科技产业不可或缺的战略资源，其中轻稀土钷(Pm)作为具有放射性的稀有元素，在核电池、荧光材料及特殊合金领域具有独特价值。钷的提取与提纯工艺对设备提出了极高要求:需在严苛的化学环境下保持稳定运行，并精确控制气体流量与压力。离心鼓风机作为提纯流程中的核心动力设备，承担着输送工艺气体、维持反应压力、保障分离效率的关键任务。本文将系统阐述稀土矿提纯用离心鼓风机的基础知识，并以D(Pm)1947-1.66型高速高压多级离心鼓风机为重点，详细解析其技术特性、配件组成、维护修理要点，并拓展说明各类工业气体输送风机的选型与应用。

二、稀土提纯工艺对离心鼓风机的特殊要求

轻稀土钷的提纯通常涉及萃取、浮选、焙烧、气体传输等多个环节，这些工序要求鼓风机具备以下特性：

耐腐蚀性：提纯过程中常接触酸性或碱性气体介质，风机流道及密封部件需采用特殊材料或涂层。

高压精确控制：多级分离工艺要求出口压力稳定在特定范围（如1.5-2.0个大气压），压力波动需小于±1%。

气体兼容性：需适应多种工业气体，包括惰性气体（如氩气）、反应性气体（如氧气、氢气）及混合气体。

高可靠性：钷具放射性，设备需最大限度减少泄漏与停机风险，确保连续安全运行。

易维护设计：鉴于工艺环境的特殊性，风机需便于快速检修与部件更换。

三、D(Pm)1947-1.66型高速高压多级离心鼓风机深度解析

3.1 型号命名规则与技术参数

D(Pm)1947-1.66型号解读如下：

D：代表“D型系列高速高压多级离心鼓风机”，该系列专为高压气体输送设计，采用多级叶轮串联结构，每级叶轮逐级增压，最终达到较高出口压力。

(Pm)：表示风机适用于轻稀土钷提纯工艺，其材料选择、密封设计与气体兼容性均针对钷提纯环境优化。

1947：表示风机设计流量为每分钟1947立方米。该流量是根据钷提纯流程中气体循环量、反应器尺寸及工艺周期精确计算得出。

-1.66：表示风机出口压力为1.66个大气压（表压），即绝对压力约为2.66个大气压。此处未标注进口压力，默认为标准大气压（1个大气压）。

该风机典型工作参数：

流量范围：1800-2100立方米/分钟（可调）

出口压力：1.66±0.05大气压

进口温度：常温至120℃（取决于工艺阶段）

轴功率：约850-950kW

转速：约9800转/分钟（具体取决于驱动配置）

适用气体：氮气、氩气、混合工艺气体（根据钷提纯阶段而定）

3.2 核心结构与工作原理

D(Pm)1947-1.66为多级离心式结构，气体沿轴向进入进气室，经导流器引导进入第一级叶轮。叶轮高速旋转将机械能转换为气体动能与压力能，随后气体经扩压器将部分动能转为静压，再进入下一级重复此过程。经过多级（通常6-8级）增压后，气体达到目标压力并从出口排出。其能量转换遵循离心式风机基本方程：理论压头等于叶轮圆周速度的平方除以重力加速度，再乘以叶轮出口切向速度系数与进口切向速度系数之差。实际压头需考虑水力损失、容积损失与机械损失。

3.3 关键配件详解

风机长期稳定运行依赖于高质量配件，以下针对D(Pm)1947-1.66的核心配件进行说明：

风机主轴

材料：采用42CrMoA高强度合金钢，调质处理后硬度达HB280-320，兼具高韧性与抗疲劳性。

工艺：精密锻造后经粗车、热处理、精磨、动平衡校正（残余不平衡量小于1.0g·mm/kg）。轴颈部位表面粗糙度Ra≤0.4μm，确保与轴承良好配合。

特点：主轴设计有中间轴肩用于定位叶轮，键槽采用双圆头结构以减小应力集中。全轴直线度误差小于0.02mm。

风机轴承与轴瓦

配置：采用滑动轴承（轴瓦）支撑，其阻尼特性优于滚动轴承，更适应高速重载工况。

轴瓦材料：巴氏合金（锡基合金ZChSnSb11-6）衬层，厚度2-3mm，具有良好的嵌入性与抗胶合能力。

润滑：强制循环油润滑，进油压力0.15-0.2MPa，油温控制在35-45℃。设有油压、油温监控与联锁保护。

间隙控制：径向间隙按主轴直径的0.12%-0.15%设定，对于φ120mm轴颈，间隙约为0.14-0.18mm。需定期检测磨损量，超过0.3mm需更换。

风机转子总成

组成：包括主轴、各级叶轮、平衡盘、轴套及锁紧螺母。

叶轮：每级叶轮为后弯式设计，材料为双相不锈钢2205，兼具强度与耐蚀性。叶片数为12-14片，经五轴数控铣削成型。叶轮单独做动平衡至G2.5级，组装后整体转子做高速动平衡（工作转速下振动速度小于2.8mm/s）。

平衡盘：位于高压端，用于平衡大部分轴向力，剩余轴向力由推力轴承承担。平衡盘与固定衬套间隙设计为0.20-0.25mm，需定期监测。

密封系统

气封：采用迷宫密封，安装在各级叶轮进口与壳体间，材料为铝青铜，密封齿顶间隙为0.25-0.35mm。用于减少级间气体泄漏。

碳环密封：用于轴端密封，防止气体外泄或空气渗入。每组碳环由3-4个分段环组成，靠弹簧箍紧在轴上。碳环材料为浸渍呋喃树脂的高纯度石墨，耐温可达250℃。更换时需整套更换，且注意安装方向。

油封：骨架油封，位于轴承箱端部，防止润滑油外漏。材料为氟橡胶，耐油耐温。

轴承箱

结构：铸铁HT250铸造，分体式设计便于拆装。内设油槽、进回油孔、测温孔等。

要求：轴承箱与机壳对中精度要求高，径向偏差小于0.05mm。运行时箱体振动烈度应低于4.5mm/s。

四、风机维护、常见故障与修理要点

4.1 日常维护

振动监测：每日记录轴承座振动值，若振动速度较基线值增加30%以上，需安排检查。

温度监测：轴承温度不应超过75℃，油温不超过65℃。

密封检查：定期检测碳环密封泄漏量，若工艺气体外泄量超过5立方米/小时，应考虑更换碳环。

润滑油管理：每三个月取样分析润滑油水分、粘度、酸值，每年彻底更换一次润滑油。

4.2 常见故障与处理

振动超标

可能原因：转子积垢不平衡、叶轮磨损、轴承间隙过大、对中不良。

处理：停车检查，清洗转子（若为可溶性积垢可用弱酸清洗，否则需机械清理）；检查叶轮腐蚀情况，单级腐蚀量超过原厚度1/3需更换；调整或更换轴承；重新对中，确保电机与风机同心度误差小于0.05mm。

压力下降

可能原因：密封间隙磨损过大导致内泄漏增加、进口过滤器堵塞、转速下降。

处理：测量并调整迷宫密封间隙，必要时更换密封条；清洗或更换滤芯；检查电机与传动系统。

轴承温度高

可能原因：润滑油变质、供油不足、轴承磨损、负载过大。

处理：换油；检查油泵、滤网及管路；测量轴承间隙，若超标则刮研或更换轴瓦；检查系统阻力是否异常增加。

4.3 大修要点

大修周期通常为24000运行小时或每三年一次，主要内容包括：

转子总成全面检查：无损探伤（磁粉或超声波）检查主轴与叶轮裂纹；测量叶轮口环、轴套等尺寸，磨损超限更换；重新做高速动平衡。

密封全面更换：所有迷宫密封条、碳环密封、油封均应更换新件。安装碳环时需注意分段环错位安装，弹簧张力均匀。

轴承箱检修：检查轴承座孔圆度，若超差需镗孔镶套；轴瓦重新刮研或换新，保证接触面积≥70%。

对中校正：使用激光对中仪，确保冷态对中数据符合热态运行要求，预留适当的热膨胀值。

五、稀土提纯相关离心鼓风机系列概览

除D型系列外，钷提纯工艺各环节还可能用到以下风机系列，选型需根据具体工艺阶段确定：

“C(Pm)”型系列多级离心鼓风机

特点：中压多级风机，压力范围1.2-1.5大气压，流量范围广。结构较D型简单，维护方便。

应用：适用于钷提纯的前段气体输送，如原料气输送、尾气循环。

“CF(Pm)”与“CJ(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机

特点：专为浮选工序设计，强调流量稳定与微压调节能力。CF型侧重耐腐蚀，CJ型侧重节能。

应用：直接向浮选槽供气，气体通常为空气或氮气，用于矿物分离。

“AI(Pm)”型系列单级悬臂加压风机

特点：单级叶轮，悬臂结构，紧凑轻便。压力较低（通常低于1.3大气压），但流量可调范围宽。

应用：适用于辅助工序、小流量气体加压或实验室规模提纯装置。

“S(Pm)”与“AII(Pm)”型系列单级高速双支撑加压风机

特点：单级高转速设计，双支撑轴承结构运行更平稳。S型转速更高，压力可达1.8大气压；AII型为常规转速，经济性更好。

应用：适用于中压气体输送，如向反应器提供氧化或还原气体。

六、工业气体输送风机的选型与适配

钷提纯过程涉及多种工业气体，风机选型必须考虑气体特性：

气体密度影响：风机压头与气体密度成正比。输送氢气（密度约为空气的1/14）时，相同压头所需叶轮圆周速度更高，或需增加级数；输送二氧化碳（密度约为空气的1.5倍）时，需校核电机功率是否足够。

腐蚀性气体：如氧气、潮湿氯气。需选用不锈钢叶轮、密封材料采用聚四氟乙烯或特殊合金，润滑油系统需防氧化设计。

惰性气体：如氦气、氖气、氩气。重点防止泄漏，密封等级要求高，常采用干气密封或双端面机械密封。

混合气体：需明确成分比例，按平均分子量计算密度，并评估爆炸极限（如氢气混合气）、毒性等安全因素。

温度影响：高温气体（如工业烟气）需考虑材料热强度、冷却系统及热膨胀补偿。轴承箱可能需要水冷夹套。

选型通用步骤：

确定工艺要求的流量、进口压力、出口压力、气体成分、温度。

计算所需风机压头（出口绝对压力减进口绝对压力）及轴功率（理论功率除以风机效率再除以机械传动效率）。

根据气体特性选择风机系列（C、D、S等）及合适材料。

核对制造商提供的性能曲线，确保工作点落在高效区（通常为最高效率点的±10%范围内）。

七、结论

离心鼓风机是轻稀土钷提纯工艺流程中的“心脏”设备，其性能直接影响提纯效率与产品纯度。D(Pm)1947-1.66型高速高压多级离心鼓风机凭借其精确的压力控制、稳定的流量输出及针对稀土工艺的特殊设计，成为钷提纯高压气体输送环节的可靠选择。深入理解其结构原理、配件特性与维护要求，是保障风机长周期安全运行的基础。同时，针对提纯不同阶段与不同气体介质，合理选择C(Pm)、CF(Pm)、S(Pm)等系列风机，实现全流程气体输送的优化配置，对提升稀土资源综合利用效率、降低能耗与维护成本具有重要意义。未来，随着稀土提纯工艺向精细化、绿色化发展，离心鼓风机也将向更高效率、智能监测、材料创新方向持续演进。