轻稀土钷(Pm)提纯专用离心鼓风机技术详解:以D(Pm)1676-2.75型风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钷提纯、离心鼓风机、D(Pm)1676-2.75、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心风机、稀有金属冶炼

引言

在稀土分离与提纯的复杂工业流程中，特别是针对轻稀土元素钷（Pm）的提取与精制，高效、稳定、可靠的流体输送与气体加压设备扮演着至关重要的角色。离心鼓风机作为提供工艺气体动力源的核心装备，其性能直接影响到生产线的效率、能耗及最终产品的纯度。本文将系统阐述稀土矿提纯工艺中离心鼓风机的基础知识，并重点围绕为钷提纯工艺特殊设计的“D(Pm)1676-2.75”型高速高压多级离心鼓风机进行深度剖析，同时对其关键配件、维修维护要点，以及输送各类工业气体的通用风机技术进行详细说明。

第一章 稀土提纯工艺与风机概述

稀土元素提纯，尤其是钷的提取，通常涉及焙烧、酸溶、萃取、沉淀、煅烧等多个化工单元操作。在这些工序中，需要输送或加压多种气体介质，例如：为氧化焙烧提供富氧空气或纯氧，为流态化床提供流化气体，为物料输送提供惰性气体保护（如氮气、氩气），以及处理过程中产生的工业烟气等。这就要求配套的风机不仅具备宽广的压力-流量调节范围，更需针对气体性质（腐蚀性、毒性、爆炸性、纯度要求）和工艺的连续性、稳定性进行特殊设计。

为满足上述复杂需求，风机技术领域发展出了多个专用系列，在稀土（尤其是钷）提纯应用中常见的有：

“C(Pm)”型系列多级离心鼓风机：通常用于中压、大风量的气体输送，结构较为经典，维护方便。

“CF(Pm)”与“CJ(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门针对稀土浮选工艺设计，注重流量稳定性和抗微尘能力，为浮选槽提供均匀充气。

“D(Pm)”型系列高速高压多级离心鼓风机：本系列是高压场合的主力机型，通过高转速和多级叶轮串联实现高压头输出，特别适合需要穿透深厚液层或高阻力床层的工艺环节，是本文重点讨论对象。

“AI(Pm)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于中低压、相对洁净气体的加压输送。

“S(Pm)”型系列单级高速双支撑加压风机与“AII(Pm)”型系列单级双支撑加压风机：适用于对转子动力学稳定性要求较高的中高压工况，双支撑结构刚性好，运行平稳。

这些风机可安全输送的气体包括但不限于：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。选型时，气体的密度、比热容、腐蚀性、是否易爆等特性是决定性因素。

第二章 核心机型深度解析：D(Pm)1676-2.75型高速高压多级离心鼓风机

1. 型号释义与工况定位
型号“D(Pm)1676-2.75”遵循了清晰的命名规则：

“D(Pm)”：指D系列高速高压多级离心鼓风机，专为钷（Pm）及相关稀土提纯工艺优化设计。“(Pm)”标识意味着从材料选择、密封配置到内部流道设计，都考虑了稀土化工厂的特定环境。

“1676”：表示该风机在标准进口状态（通常指进口压力为1个标准大气压，温度20℃）下的额定体积流量为每分钟1676立方米。这是一个关键性能参数，决定了风机满足特定生产规模的能力。

“-2.75”：表示风机出口的绝对压力为2.75个大气压（绝压）。若型号中未出现“/”及后续数字，则默认进口压力为1个标准大气压（绝压）。因此，该风机的设计压升（压比）约为1.75。这个压力等级使其能够胜任诸如高压气体穿透、长距离管道输送、或为高压反应釜提供气动动力等任务。

该型号风机的典型应用场景包括：钷提纯流程中的高压气体置换、高压气力输送系统、或作为特定高压化学反应器的供气单元。

2. 核心结构与工作原理
D(Pm)系列风机属于多级离心式结构。其核心工作原理是：气体由进口轴向进入，经首级叶轮在高速旋转下获得动能和压力能，随后流入扩压器将部分动能转化为压力能，然后导入下一级叶轮入口，如此逐级增压，最终由末级流出，经过蜗壳汇集后从出口排出。通过多级串联，可在单机内实现单级风机无法达到的高压比。

对于D(Pm)1676-2.75，其高压力主要依赖于两个方面：一是较高的转子工作转速（可能采用齿轮箱增速或高速电机直驱），二是精心设计的多个叶轮与扩压器级。其性能遵循离心鼓风机的基本方程：理论压头与叶轮圆周速度的平方成正比，与流量在一定范围内呈特定关系曲线。

第三章 D(Pm)系列风机关键配件详述

风机的长期可靠运行依赖于高品质的关键配件。以下对D(Pm)系列的核心部件进行说明：

1. 风机主轴
主轴是承载所有旋转部件的核心零件，承受着扭矩、弯矩及复杂的交变应力。对于D(Pm)1676-2.75这类高速高压风机，主轴通常采用高强度合金钢（如42CrMo）经锻造、粗加工、调质处理、精加工、动平衡及表面硬化（如氮化）处理而成。其加工精度要求极高，特别是轴承档、轴封档的尺寸精度和形位公差，直接关系到整机的振动水平和密封效果。

2. 风机转子总成
转子总成是风机的“心脏”，包括主轴、所有级的叶轮、平衡盘（鼓）、联轴器部件等。每个叶轮都需经过精密加工（多为五轴数控铣削或精密铸造后加工），并进行单独的动平衡。所有旋转部件装配到主轴上后，必须进行整个转子总成的动平衡，将残余不平衡量控制在极低标准（如G2.5甚至G1.0级），这是保证高速下平稳运行、避免有害振动的关键。

3. 风机轴承与轴瓦
对于D(Pm)系列的高速重载工况，滑动轴承（轴瓦）的应用比滚动轴承更为常见，因其承载能力大、阻尼性能好、适合高速运行。轴瓦常采用巴氏合金（锡基或铅基）作为衬层，具有优异的嵌入性和顺应性。轴承系统必须配备压力油润滑，形成稳定的动压油膜，将转子“浮起”，避免金属直接接触。油膜的稳定性分析涉及雷诺方程，其厚度与润滑油粘度、转速、载荷、轴承间隙等参数密切相关。

4. 密封系统
密封是防止气体泄漏和油污染的关键，尤其在处理贵重、有毒或危险气体时。

气封与碳环密封：在机壳两端，通常采用迷宫密封与碳环密封的组合。迷宫密封利用多次节流膨胀原理降低泄漏；碳环密封则由多个分裂式碳环在弹簧力作用下紧贴轴套，形成动态密封，适用于高压差和一定腐蚀性环境，其密封效果远优于传统迷宫密封。

油封：主要用于轴承箱两端，防止润滑油泄漏。常用唇形密封或机械密封，材料需与润滑油相容。

轴承箱：是容纳轴承、提供润滑油路和冷却空间的壳体。其结构需保证足够的刚性，内腔油路设计要确保润滑油能充分覆盖轴颈并带走热量。箱体上的观察窗、温度计和振动探头接口是状态监测的重要部分。

第四章 D(Pm)型风机常见故障与修理要点

针对D(Pm)1676-2.75这类精密设备，预防性维护和精准修理至关重要。

1. 振动超标

原因：最常见原因包括转子不平衡（结垢、叶片磨损不均）、对中不良、轴承磨损或巴氏合金脱落、轴弯曲、基础松动或共振。

修理与排查：首先进行振动频谱分析，判断振动性质（工频、倍频、高频）。若工频分量主导，重点检查动平衡和对中；若出现倍频，检查对中和松动；高频可能涉及轴承或气动噪声。需停机检查转子结垢情况，进行现场动平衡校验，重新对中，检查更换轴瓦。

2. 轴承温度高

原因：润滑油质劣化或油量不足；冷却系统故障；轴承间隙不当（过小导致摩擦热大，过大导致油膜不稳）；轴瓦巴氏合金层损坏。

修理：检查油质并定期更换；清洗冷却器确保水路畅通；测量轴承间隙，必要时刮研轴瓦或更换；检查润滑油供油压力和温度。

3. 性能下降（压力、流量不足）

原因：进口过滤器堵塞；密封间隙（尤其是级间密封和碳环密封）磨损过大，内泄漏严重；叶轮流道腐蚀或结垢，效率降低；转速未达额定值。

修理：清洗或更换过滤器；停机大修，测量并调整所有密封间隙，更换磨损的碳环和迷宫密封片；视情况清理或更换叶轮；检查驱动电机和增速箱。

4. 气体泄漏

原因：碳环密封严重磨损或弹簧失效；轴封处轴套磨损；机壳中分面或进出口法兰密封垫老化。

修理：更换全套碳环密封组件；修复或更换磨损的轴套；更换中分面及法兰密封垫，并按规定力矩均匀紧固螺栓。

大修流程通常包括：拆卸、全面清洗、所有零部件尺寸与形位公差检测（重点：轴弯曲度、叶轮口环和轮盖间隙、密封间隙、轴承间隙）、转子动平衡校正、更换所有密封件和易损件、重新装配、严格按照规程进行对中、最后进行单机试车和性能测试。

第五章 输送特定工业气体的风机技术考量

在钷提纯及其他稀土工艺中，输送不同性质的气体需对通用风机进行特殊设计或材料调整：

输送氧气（O₂）：必须采用禁油设计。所有与氧气接触的部件（流道、密封腔）需彻底脱脂清洗。轴承润滑需采用特殊无油润滑或确保润滑油绝对无法渗入气腔。材料选择上，应避免使用易与高压纯氧发生剧烈反应的材质。

输送氢气（H₂）：氢气密度极低，分子量小，易泄漏。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碳环密封组合。同时，由于氢气压缩机温升明显，需加强冷却。防爆设计也是必须的。

输送腐蚀性气体（如含氟、氯的工业烟气）：与气体接触的过流部件（叶轮、机壳、扩压器）需采用耐腐蚀材料，如特种不锈钢（如316L、904L）、双相钢，甚至哈氏合金、钛材等。密封材料也需相应调整。

输送惰性气体（如N₂、Ar）：主要考虑气体纯度保持，防止空气（氧气）渗入。需保证外泄漏率极低，密封系统可靠。对于高纯度气体，机壳内部有时需要进行特殊表面处理以减少杂质吸附。

通用性设计：对于“D(Pm)”系列，其基础设计已考虑了稀土工厂的严苛环境。但在具体选型时，必须向制造商明确输送介质的完整组分、温度、压力、湿度及杂质含量，以便进行最终的材料定型、密封选型和性能曲线修正。

结语

D(Pm)1676-2.75型高速高压多级离心鼓风机代表了稀土（钷）提纯领域高压气体输送装备的先进水平。其高效、稳定的运行依赖于对型号参数的精确理解、对转子、轴承、密封等关键部件的深度认知，以及一套科学、系统的维护与修理体系。同时，面对多元化的工业气体输送需求，风机技术也在材料科学、密封技术和转子动力学方面不断进步。作为风机技术人员，唯有深入掌握设备原理，严谨执行维护规程，并与工艺需求紧密结合，才能确保这套“动力心脏”在珍贵的稀土元素提取之旅中，持续、强劲、稳定地搏动，为保障国家战略资源的高效、安全生产贡献力量。