轻稀土钷(Pm)提纯离心鼓风机技术详解:以D(Pm)1219-1.98型号为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钷提纯、离心鼓风机、D(Pm)1219-1.98、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级高压风机

引言

在稀土矿，尤其是轻稀土的湿法冶金与分离提纯工艺中，离心鼓风机作为提供稳定气源动力（如氧化、搅拌、气浮、物料输送等）的核心设备，其性能与可靠性直接影响生产过程的效率、能耗及最终产品的纯度与回收率。本文聚焦于轻稀土元素钷（Promethium， Pm）的提纯工艺，系统阐述相关离心鼓风机的基础知识，重点对典型高压型号D(Pm)1219-1.98进行深度解析，并围绕风机关键配件、常见维修要点以及输送各类工业气体的风机选型与应用展开详细说明，旨在为从事稀土冶炼及相关风机技术工作的同仁提供专业参考。

第一章：轻稀土钷(Pm)提纯工艺与风机需求概述

钷(Pm)作为人造放射性稀土元素，其分离提纯通常涉及溶剂萃取、离子交换、沉淀等复杂化工单元操作。在这些过程中，鼓风机主要承担以下关键角色：

氧化/反应供气：向反应釜或浸出槽中鼓入空气或氧气（O₂），以调节溶液氧化还原电位，实现特定价态稀土元素的分离。

气浮与搅拌：通过底部布气装置产生微小气泡，用于固液分离或增强溶液混合均匀性。

物料风送与干燥：在后续的干燥、煅烧工序中，输送热空气或惰性气体（如氮气N₂）。

环境控制：输送或排出工艺过程中产生的工业烟气，维持系统微正压或负压，防止有害气体外泄。

这些应用对鼓风机提出了高压力、高可靠性、介质适应性、耐腐蚀及精密控制等要求。针对不同工况，发展出了“C(Pm)”、“CF(Pm)”、“CJ(Pm)”、“D(Pm)”、“AI(Pm)”、“S(Pm)”、“AII(Pm)”等系列专用风机。

第二章：D(Pm)系列高速高压多级离心鼓风机详解

“D(Pm)”型系列是专为需要较高出口压力的稀土提纯工艺设计的高速高压多级离心鼓风机。其通过串联多个叶轮，逐级压缩气体，从而实现单台风机达到较高的压比。

1. 型号编码规则解析
以D(Pm)1219-1.98为例：

D：代表“D系列高速高压多级离心鼓风机”。

(Pm)：代表该系列风机在设计与材质选择上，侧重考虑适用于轻稀土钷(Pm)提纯的相关工艺环境（可能涉及特定的防腐、密封或清洁度要求）。

1219：代表风机在设计工况下的进口容积流量为每分钟1219立方米。这是风机选型的核心参数之一，直接关联工艺用气量。

-1.98：代表风机在指定进气条件下的出口绝对压力为1.98个大气压（即约0.98 bar的表压）。这是该型号风机的关键性能指标。

型号中未标注“/”符号，表示其标准进气条件为1个标准大气压。若有特殊进气压力要求，会以“进口压力/出口压力”形式表示。

2. D(Pm)1219-1.98风机基本结构与工作原理
该风机为多缸或多段式结构，核心压缩部件包括：

主轴：采用高强度合金钢锻件，经精密加工和动平衡校验，作为整个转子系统的核心承载与传动部件。

转子总成：由主轴、多级叶轮（通常为闭式或半开式）、定距套、平衡盘等组件构成。每个叶轮在高速旋转下对气体做功，提高其压力和速度，气体经扩压器和回流器导向下一级叶轮继续压缩。

轴承系统：高速高压风机常采用滑动轴承（轴瓦），具有良好的承载能力和阻尼特性，适合高转速运行。轴承箱为轴承提供稳定的支撑和润滑环境，内置润滑油路和冷却系统。

密封系统：至关重要，用于防止气体泄漏和润滑油进入流道。

级间密封与轴端密封：常采用碳环密封，利用石墨材料自润滑、耐高温和良好的追随性，在微小间隙中形成节流阻隔，可靠性高，维护周期长。

气封与油封：在特定位置设置迷宫密封（气封）或唇形密封、机械密封（油封），进一步阻隔工艺气体与轴承润滑油的相互渗漏。

缸体与隔板：构成气体的压缩流道，将各级叶轮、扩压器、回流器封装其中，形成连续的压缩路径。

其工作原理遵循离心式压缩机的欧拉方程基本原理：叶轮对气体做功，气体的动能增加，随后在扩压器中动能转化为压力能，从而实现气体压力的提升。多级串联使总压比等于各级压比的乘积。

第三章：风机关键配件说明

以D(Pm)1219-1.98为例，其核心配件及其功能如下：

风机主轴：是整个转子系统的“脊梁”。它必须具有极高的强度、刚度和良好的抗疲劳性能。材质通常为40CrNiMoA或类似高强度合金钢，表面需进行硬化处理以提高耐磨性。其加工精度直接影响整个转子的动平衡质量。

风机轴承与轴瓦：作为转子的支撑核心。轴瓦通常采用巴氏合金（锡基或铅基）衬层浇铸在钢背上制成，具有优异的嵌入性和顺应性。轴承的间隙、油楔形状、供油压力和温度是保证其稳定运行的关键参数。

风机转子总成：这是风机做功的核心组件。除主轴外，包括：

叶轮：多采用三元流后弯式设计，材质根据输送气体性质可选不锈钢、钛合金或进行特殊涂层处理。每个叶轮均需进行超速试验和单体动平衡。

平衡盘：用于平衡大部分转子轴向力，减少止推轴承的负荷。

联轴器：与驱动电机连接，传递扭矩，需具备良好的对中补偿能力。

密封系统组件：

碳环密封：由多个碳环片段组成，在弹簧力作用下紧贴密封轴套（或轴）表面，形成多级节流间隙。其优点是摩擦热小、允许少量瞬态摩擦、寿命长，是高速风机的理想选择。

迷宫密封（气封）：由一系列环状齿片与轴构成微小间隙，气体通过时产生节流与涡流效应实现密封，主要用于级间和内泄漏控制。

油封：通常为唇形密封或机械密封，安装在轴承箱两端，防止润滑油外泄。

轴承箱：不仅容纳轴承，还集成了润滑油池、油泵（或油环）、冷却盘管、温度与振动传感器接口等，是风机润滑与状态监测的中心。

第四章：风机常见故障与修理要点

针对D(Pm)1219-1.98这类高速高压风机，维护与修理需格外专业和精细。

1. 常见故障类型：

振动超标：可能原因包括转子不平衡（叶轮积垢或磨损）、对中不良、轴承磨损（轴瓦间隙过大）、轴弯曲、基础松动或发生喘振。

轴承温度高：润滑油质恶化、油量不足、冷却不良、轴瓦刮研不当、间隙过小或负荷过大。

性能下降（压力或流量不足）：密封间隙（尤其是碳环密封和迷宫密封）磨损过大导致内泄漏严重、进气过滤器堵塞、叶轮腐蚀或积垢。

异响：可能来自轴承损坏、转子与静止件摩擦（如碳环磨损至极限）、喘振或旋转失速。

润滑油泄漏：油封老化损坏、轴承箱回油管路堵塞、箱体呼吸器不畅。

2. 修理要点与流程：

解体前检查与记录：详细记录运行参数、振动频谱、对中数据。做好各部件的装配位置标记。

转子检修：将转子总成送至专业动平衡机进行校验和平衡。检查叶轮有无裂纹、腐蚀、磨损，必要时进行无损探伤。检查主轴颈的圆度、圆柱度及表面粗糙度。

轴承与轴瓦检修：测量轴瓦间隙、紧力。检查巴氏合金层有无剥落、裂纹、烧灼痕迹。根据磨损情况进行刮研或更换。检查轴承箱各结合面。

密封系统更换：碳环密封为易损件，需定期检查更换。安装新碳环时，注意分段环的开口错开，弹簧预紧力均匀。检查迷宫密封齿的完好性。

对中与装配：严格按照制造厂要求进行冷态对中，并考虑热膨胀补偿。装配时确保各部件清洁，按顺序和规定力矩紧固螺栓。

试车与调试：修理后必须进行分步试车：先润滑系统试运行，然后点动、低速运行，最后逐步提速至额定工况。严密监测振动、温度、压力等参数，确保达到标准。

第五章：输送各类工业气体的风机选型与应用

稀土提纯工艺中，输送介质多样，对风机有不同要求。前述各系列风机有其侧重：

“C(Pm)”型系列多级离心鼓风机：通用性较强，适用于中等压力的空气或惰性气体输送，如供气氧化或流化。

“CF(Pm)”与“CJ(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机：专为浮选工艺设计，强调流量稳定、气泡细化性能好，常用于稀土矿的粗选和精选作业。

“D(Pm)”型系列高速高压多级离心鼓风机（如D(Pm)1219-1.98）：适用于需要较高压力的反应釜鼓风、物料风送及某些需要克服较高系统阻力的气体循环工艺。

“AI(Pm)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于中小流量、中低压力的洁净气体加压输送。

“S(Pm)”与“AII(Pm)”型系列单级高速双支撑/双支撑加压风机：转子稳定性好，适用于流量范围更广、要求运行平稳的场合，可输送空气、氮气、氧气等。

输送不同气体的特殊考量：

空气：最常用，注意过滤杂质和水分。

氧气（O₂）：禁油设计至关重要。所有与氧气接触的部件需严格脱脂，采用不锈钢或铜合金材料，密封需采用无油润滑形式（如干气密封、特殊碳环密封），防止油脂在高压氧环境下引发燃爆。

氢气（H₂）：分子量小，密度低，压缩时温升小，但极易泄漏。对密封性能（尤其是轴端密封）要求极高，通常采用串联式干气密封或高性能碳环迷宫组合密封。风机设计需考虑防爆。

氮气（N₂）、氩气（Ar）、二氧化碳（CO₂）等惰性或中性气体：重点考虑气体纯度要求，防止润滑油污染，材质选择需考虑可能的微量腐蚀成分。

工业烟气：通常具有腐蚀性（含酸雾）、高温且可能含尘。风机需选用耐腐蚀材质（如316L不锈钢、耐热合金或衬胶），前置高效除尘和降温装置，密封和轴承系统需防止外部腐蚀介质侵入。

结论

在轻稀土钷(Pm)的精细化提纯生产中，离心鼓风机绝非辅助设备，而是保障工艺实现的关键动力心脏。深入理解如D(Pm)1219-1.98这类专用高压风机的型号意义、结构原理、配件功能及维修要点，并熟练掌握针对不同工业气体特性的风机选型与应用规范，是确保生产线稳定高效运行、降低维护成本、提升产品竞争力的重要技术基石。随着稀土材料价值日益凸显，对配套风机设备的可靠性、能效和智能化水平也将提出更高要求，这需要风机技术与工艺技术的持续深度融合与创新。