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稀土矿提纯离心鼓风机技术基础与轻稀土钐(Sm)提纯风机D(Sm)1475-2.64详解

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:稀土矿提纯,离心鼓风机,轻稀土钐(Sm),D(Sm)1475-2.64,风机配件,风机修理,工业气体输送,多级离心风机,轴瓦,碳环密封

第一章:稀土矿提纯与离心鼓风机概述

稀土作为现代工业的“维生素”,其提纯工艺对设备有着极高的要求。在众多稀土元素中,轻稀土钐(Samarium, Sm)的提取与精炼尤为关键,广泛应用于永磁材料、核工业及特种玻璃等领域。钐的提纯过程,特别是通过溶剂萃取、焙烧、气体输送等环节,离不开高性能、高稳定性的气体输送设备:离心鼓风机。

离心鼓风机通过旋转的叶轮将机械能转化为气体动能与压力能,是实现气体连续、稳定输送的核心动力装置。在稀土湿法冶金流程中,风机承担着为萃取槽、浮选机提供氧化/还原性气氛、输送反应气体、维持系统压力平衡等多重任务。针对稀土工艺中气体可能具有腐蚀性、毒性或需严格控制氧含量等特点,风机在设计、材料选择及密封方式上均有特殊考量。

目前,应用于稀土行业的离心鼓风机已形成多个系列,以适应不同工况:

“C(Sm)”型系列多级离心鼓风机:适用于中压、大风量场景,如焙烧炉供风。 “CF(Sm)”与“CJ(Sm)”型系列专用浮选离心鼓风机:专为浮选工艺设计,注重气流平稳性与可调性。 “D(Sm)”型系列高速高压多级离心鼓风机:针对高压、小流量需求,是本文重点阐述对象,常用于气体加压输送及压力维持系统。 “AI(Sm)”型系列单级悬臂加压风机:结构紧凑,用于中低压增压。 “S(Sm)”型系列单级高速双支撑加压风机:高转速,稳定性好,用于精密气体输送。 “AII(Sm)”型系列单级双支撑加压风机:传统可靠,适用于一般性工艺气体输送。

可输送气体涵盖: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。不同气体性质(密度、粘度、腐蚀性、危险性)直接影响风机的设计参数、材料选择及安全防护措施。

第二章:轻稀土钐(Sm)提纯工艺与D(Sm)1475-2.64风机深度解析

2.1 钐提纯工艺对风机的核心要求

钐的提纯常涉及氯化、还原、蒸馏等步骤,过程中可能需要使用或产生氯气、氢气、惰性保护气(如氩气)等。因此,配套风机需具备:

高压能力:推动气体通过反应器、管道及净化装置,克服系统阻力。 高密封性:防止贵重、有毒或危险性气体泄漏,保障生产安全与物料收率。 耐腐蚀性:针对含氯、氟等腐蚀性介质,过流部件需采用特殊材质。 运行稳定:提纯过程连续,要求风机故障率低,可长期平稳运行。 流量与压力可调性:适应工艺参数的波动与调整。

2.2 D(Sm)1475-2.64风机型号详解

型号:D(Sm)1475-2.64

此型号完整解读如下:

“D”:代表“D系列高速高压多级离心鼓风机”。该系列特点是采用多级叶轮串联,每级叶轮对气体加压,最终累积达到较高的出口压力;转速高,结构紧凑。 “(Sm)”:特指适用于轻稀土钐(Samarium)提纯工艺的定制或优化版本,在材料、密封或内部流道设计上考虑了钐提纯的特定工况。 “1475”:代表风机在标准进气状态(通常指进口压力为1个标准大气压,温度20℃,相对湿度50%,介质为空气)下的额定流量,单位为立方米每分钟。即此风机的额定流量为1475 m³/min。这是一个非常巨大的流量,表明该风机用于大规模生产的钐提纯线的主流程气体输送或系统供风。 “-2.64”:表示风机的出口绝对压力为2.64个标准大气压(即约0.164 MPa表压)。根据型号命名规则,由于此处未用“/”符号表示进口压力,因此默认进口压力为1个标准大气压。故该风机的压力升(压比)为2.64。

性能定位:D(Sm)1475-2.64是一款大流量、中高压的多级离心鼓风机。其1475m³/min的惊人流量,结合2.64的压比,意味着它能为大规模的萃取车间、大型焙烧系统或全厂气力输送网络提供强大而稳定的气源动力。例如,可用于为多级萃取槽提供巨大的搅拌与气提用风,或为大型回转窑提供助燃与气氛控制气体。

设计与运行特点

多级结构:通过多个叶轮与导叶的组合,逐级提升气体压力,效率较高,单机即可实现较高压升,省去了多台风机串联的复杂性。 高速设计:采用齿轮箱增速或高速电机直驱,使叶轮达到每分钟数千甚至上万转的工作转速,这是实现高压比的关键。高速也带来了对转子动平衡、轴承及润滑系统的极高要求。 材料选择:针对钐提纯可能接触的介质,过流部件(机壳、隔板、叶轮)可能采用不锈钢(如304、316L)、双相钢或更高等级的耐蚀合金。叶轮也可能采用高强度铝合金或钛合金,以兼顾强度、耐蚀性与轻量化。 工况适应性:虽然型号参数基于标准空气,但实际用于输送CO₂、N₂、Ar等气体时,风机的实际流量和压力需根据气体密度进行换算。电机功率也需相应调整。

第三章:D(Sm)系列风机核心配件详解

风机的可靠性、效率与寿命极大程度上依赖于其关键配件的性能与质量。以下对D(Sm)系列高速高压多级离心鼓风机的核心配件进行说明:

1. 风机主轴
主轴是传递扭矩、支撑转子的核心部件。D(Sm)系列风机主轴通常采用高强度合金钢(如42CrMo)整体锻造而成,经过调质处理获得优良的综合机械性能。为确保高速运转下的稳定性,主轴需具有极高的刚性、直线度和表面光洁度。所有装配轴颈、齿轮轴段均需精密磨削,并进行超声波探伤和磁粉探伤,确保无内部缺陷。

2. 风机转子总成
转子总成是风机的“心脏”,包括主轴、多级叶轮、平衡盘、联轴器部件等。每个叶轮均需单独进行超速试验和动平衡校正。所有叶轮压装或热装在主轴上后,组成整个转子,必须进行高速动平衡(通常在工作转速的110%以上进行),将不平衡量控制在极低标准(如G2.5级),以确保风机平稳、低振动运行。平衡盘用于平衡转子工作时产生的部分轴向推力。

3. 风机轴承与轴瓦
D(Sm)系列高速风机常采用滑动轴承(轴瓦),因其承载能力大、阻尼性能好、适合高速重载工况。

轴瓦材料:常用锡基巴氏合金(如ChSnSb11-6)衬层,其具有良好的嵌入性、顺应性和抗胶合能力,保护主轴。 轴承结构:多为径向椭圆瓦或可倾瓦轴承,能形成稳定的油膜,抑制油膜振荡,提高转子稳定性。推力轴承则采用金斯伯雷式或米契尔式,以承受剩余的轴向推力。 润滑:配备强制循环油站,为轴承提供压力、流量、温度及清洁度均有保障的润滑油。

4. 密封系统
密封是防止气体泄漏和油污染的关键,D(Sm)风机主要涉及两类密封:

气封与油封(迷宫密封):在轴承箱与机壳之间,以及轴承箱端盖处,通常采用迷宫密封。它由一系列连续的环形齿隙组成,通过多级节流膨胀效应来阻隔气体或油雾的泄漏,属于非接触式密封,寿命长。 碳环密封:在输送氢气、氦气等密度小、易泄漏的贵重或危险气体时,或对泄漏要求极严的工况,端轴封常采用碳环密封。它由多个石墨环组成,在弹簧力作用下与轴(或轴套)保持微接触,形成有效密封。碳环具有自润滑、耐高温、化学稳定性好等优点。需注意碳环与轴套的配对材质选择及冷却。

5. 轴承箱与齿轮箱(如有)

轴承箱:是容纳支撑轴承和推力轴承的部件,要求刚性足、对中性好,确保轴承安装精度。箱体设有进出油口、测温测振接口和防尘通气帽。 齿轮箱:若采用齿轮增速,齿轮箱是核心传动部件。齿轮精度通常要求AGMA 12级或更高,采用渗碳淬火磨齿工艺,保证传动平稳、噪音低、寿命长。齿轮箱有自己的润滑系统和监控装置。

第四章:风机维护与修理要点

针对D(Sm)1475-2.64这类大型关键设备,科学的维护与及时的修理是保障连续生产的关键。

1. 日常巡检与维护

振动与温度监测:定期使用便携式测振仪检测轴承座各方向的振动速度或位移值,监控轴承温度。建立趋势档案,异常升高是故障的前兆。 润滑油管理:定期检查油位、油压、油温,定期取样化验油品清洁度、粘度、水分和金属颗粒含量。按周期更换润滑油和滤芯。 密封检查:检查气封、油封及碳环密封的泄漏情况。对于碳环密封,注意检查冷却系统是否畅通,是否有异常磨损粉末。 性能监测:记录进出口压力、流量、电流等参数,评估风机性能是否下降。

2. 常见故障与修理

振动超标原因:转子积垢导致不平衡;叶轮磨损或局部损坏;轴承磨损;对中不良;基础松动;喘振。 修理:停车检查,清理转子;对叶轮进行修复或更换;更换轴承;重新校正风机与电机(或齿轮箱)的对中;紧固地脚螺栓。喘振是高压离心风机的危险工况,表现为气流周期性剧烈波动、噪音大、振动剧增,必须通过调整工况点(如开大出口阀、降低背压)立即避开,并检查防喘振控制系统。 轴承温度高原因:润滑油不足或变质;轴承间隙过小;轴承装配不当或损坏;冷却不良。 修理:补充或更换润滑油;调整或刮研轴瓦间隙;重新装配或更换轴承;清理冷却器。 风量或压力不足原因:进口过滤器堵塞;密封间隙过大导致内泄漏严重;转速下降(如皮带打滑);叶轮磨损严重;工艺系统阻力增加。 修理:清洗或更换滤芯;调整或更换密封件;检查并调整传动部件;修复或更换叶轮;排查系统管道。 气体泄漏原因:机械密封或碳环密封损坏;机壳或管道连接处密封失效。 修理:立即停车,更换密封组件。对于有毒易燃气体,修理前必须进行彻底的吹扫和置换,并检测合格。

3. 大修要点
风机运行一定周期(如2-3万小时)后应进行计划性大修:

全面解体:检查所有静止件与转动件。 转子:进行无损探伤,重点检查叶轮焊缝、键槽、主轴应力集中区。重新进行高速动平衡。 轴承与密封:更换所有轴瓦、推力瓦及密封件(碳环、O型圈等)。 校正:重新校正各部间隙(如叶轮与机壳间隙、气封间隙),确保符合设计标准。 试车:大修后必须进行空载和负载试车,全面监测振动、温度、性能参数,合格后方可投运。

第五章:输送不同工业气体的特殊考量

如前所述,D(Sm)风机可输送多种气体,但气体物性差异带来不同的设计和运行要求:

氢气(H₂)、氦气(He):密度极低,泄漏倾向大,压缩机功耗相对较低(绝热压头公式中与气体密度成反比)。密封要求极高,首选干气密封或高性能碳环密封。需严防空气渗入形成爆炸混合物(H₂)。 氧气(O₂):强氧化性,所有接触O₂的部件必须进行严格的脱脂处理,确保无油污、有机物,防止燃烧。材料宜选用铜合金、不锈钢,避免使用铸铁(易产生火花)。润滑系统必须与气体腔室绝对隔离。 氮气(N₂)、氩气(Ar):惰性气体,性质稳定,主要按密度和粘度修正性能曲线。用于保护气氛时,需控制其纯度,防止泄漏导致氧含量升高。 二氧化碳(CO₂):密度大于空气,压缩功耗较大。潮湿的CO₂有弱酸性,需注意材质耐蚀性。高压下可能液化,需控制进口温度。 工业烟气:可能含粉尘、腐蚀性组分(SOx, NOx)及水分。前置过滤(布袋、旋风)至关重要,过流部件需选用耐蚀材料(如2205双相钢),并考虑防腐涂层。机壳需设排水口。

通用原则

性能换算:风机样本曲线基于空气,输送他种气体时,需根据气体常数与绝热指数等参数,利用相似定律进行流量、压力、功率的精确换算。 材料相容性:确保所有接触气体的材料(金属、密封件、润滑油蒸汽)与该气体相容,不发生腐蚀、反应或降解。 安全规范:对于易燃易爆(H₂)、助燃(O₂)、有毒气体,设计需遵循相关安全规范,配备泄漏检测、紧急切断、安全泄放及氮气吹扫系统。

结论

在轻稀土钐(Sm)及其他稀土元素的现代化、大规模提纯生产中,离心鼓风机扮演着无可替代的动力角色。D(Sm)1475-2.64高速高压多级离心鼓风机以其巨大的流量和可观的升压能力,适用于大规模产线的核心气体输送环节。其可靠运行依赖于高质量的主轴、精密平衡的转子、稳定的滑动轴承以及针对工艺气体特性的密封系统(如碳环密封)。深入理解风机型号含义、掌握关键配件特性、实施预防性维护与针对性修理,并充分考虑所输送工业气体的特殊性质,是保障风机长周期安全、稳定、高效运行,进而确保整个稀土提纯生产线连续性与经济性的关键。作为风机技术人员,唯有将设备知识与工艺需求深度融合,方能驾驭这类高端动力装备,为国之重器:稀土工业的蓬勃发展保驾护航。

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