轻稀土钷(Pm)提纯专用离心鼓风机技术全解:以D(Pm)990-1.59型为例

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钷提纯风机、D(Pm)990-1.59型离心鼓风机、稀土矿提纯设备、风机配件与维修、工业气体输送、多级离心鼓风机技术

第一章：稀土矿提纯与离心鼓风机技术概述

稀土元素作为现代高科技产业的“维生素”，其提纯工艺直接关系到最终产品的性能与纯度。轻稀土钷（Pm）作为一种具有放射性的稀土元素，在核电池、荧光材料等领域具有不可替代的作用。钷的提纯过程通常涉及氟化挥发、真空蒸馏、离子交换等复杂工艺，这些工艺对气体输送设备的稳定性、密封性和耐腐蚀性提出了极高要求。

离心鼓风机在钷提纯流程中扮演着核心动力源的角色，主要用于提供氧化、还原反应所需的气流，维持反应室压力，以及输送保护性气体。与普通工业风机不同，钷提纯专用风机需要特殊设计以适应放射性环境、腐蚀性介质和连续稳定运行的要求。

我国在稀土提纯风机领域已形成完整的系列化产品，包括：“C(Pm)”型系列多级离心鼓风机，“CF(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机，“CJ(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机，“D(Pm)”型系列高速高压多级离心鼓风机，“AI(Pm)”型系列单级悬臂加压风机，“S(Pm)”型系列单级高速双支撑加压风机，“AII(Pm)”型系列单级双支撑加压风机。这些风机可根据不同工艺环节的需求进行精准选型。

第二章：D(Pm)990-1.59型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号解读与技术参数

D(Pm)990-1.59型风机是专门为轻稀土钷提纯工艺设计的高速高压设备。按照命名规则解读：

“D”：代表D系列高速高压多级离心鼓风机

“Pm”：表示专门适配钷提纯工艺，材料与密封有特殊处理

“990”：表示风机在标准状态下的额定流量为每分钟990立方米

“-1.59”：表示风机出口设计压力为1.59个大气压（表压）

进风口压力：由于型号中没有“/”符号，表示进风口压力为标准大气压（1个大气压）

该风机设计工作点为：入口温度20℃，相对湿度50%，标准大气条件下，提供990m³/min流量，升压0.59kgf/cm²（约57.9kPa）。实际应用中，流量可通过进口导叶或变频调速在70%-110%额定范围内调节。

2.2 结构特点与设计优势

D(Pm)990-1.59采用多级离心式设计，通常包含3-5个压缩级，每级由叶轮、扩压器和回流器组成。其独特设计包括：

材料特殊性：所有与气体接触的部件均采用316L不锈钢或更高等级的耐腐蚀材料，部分关键部位进行渗氮或镀层处理，以抵抗氟化物、氯化物等腐蚀性介质的侵蚀。

放射性防护设计：风机壳体增设放射性污染防护层，轴承箱与气室之间采用多重密封隔离，防止放射性物质外泄。外壳表面光滑无死角，便于去污清洗。

热管理特性：针对钷提纯过程中可能产生的高温气体，该型号风机增加了级间冷却系统，通过内置冷却器将气体温度控制在材料允许范围内，确保长期稳定运行。

振动控制：转子经过G2.5级动平衡校验，振动速度值小于2.8mm/s，满足放射性设备对稳定性的极高要求。

2.3 气动性能与调节特性

D(Pm)990-1.59的风机性能曲线较为平坦，高效区宽广，能够在工艺参数波动时保持稳定输出。其功率计算遵循离心风机基本公式：轴功率等于流量乘以压升除以效率再除以常数。实际运行中，电机配置功率通常为450-500kW，包含15-20%的设计余量。

该风机支持多种调节方式：

进口导叶调节：可在70%-100%额定流量范围内无级调节，效率损失较小

变频调速：适用于更宽的流量调节范围（40%-110%），节能效果显著

出口放空：作为应急调节手段，用于快速降压但能耗较高

第三章：关键配件技术详解

3.1 风机主轴系统

D(Pm)990-1.59的主轴采用42CrMoA合金钢整体锻造，调质处理后硬度达到HB240-280。主轴直径根据临界转速计算确定，一阶临界转速高于工作转速的125%，避免共振风险。轴颈部位表面粗糙度达到Ra0.4，并进行高频淬火处理，硬度HRC50-55，确保与轴瓦的良好配合。

3.2 轴承与轴瓦技术

该风机采用滑动轴承（轴瓦）设计，相比滚动轴承具有承载能力强、阻尼性能好、寿命长等优势。轴瓦材料为锡锑铜合金（ZCuSn10Pb1），巴氏合金厚度3-5mm，与主轴间隙控制在轴径的0.12%-0.15%。每套轴承配备铂电阻温度传感器，监控温度不超过70℃。

润滑系统采用强制循环油润滑，油压0.15-0.2MPa，进油温度40-45℃，温差不超过10℃。油箱容积满足风机连续运行8小时以上，配有双筒过滤器、油冷却器和蓄能器。

3.3 转子总成

转子总成是风机的核心部件，包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等。D(Pm)990-1.59的叶轮采用后弯型叶片设计，材料为FV520B沉淀硬化不锈钢，五轴联动数控加工成型。每个叶轮都经过超速试验，试验转速为工作转速的115%，持续运转2分钟。

转子装配完成后，进行高速动平衡校正，剩余不平衡量小于1g·mm/kg，确保高速运转平稳。平衡盘设计在末级叶轮后，平衡约70%的轴向推力，剩余推力由推力轴承承担。

3.4 密封系统

气封系统：采用迷宫密封与碳环密封组合设计。迷宫密封间隙0.3-0.5mm，碳环密封采用分段式结构，允许转子有少量径向跳动而不影响密封效果。密封气源为洁净氮气，压力比机内压力高5-10kPa。

油封系统：轴承箱油封采用双道氟橡胶骨架油封配合迷宫阻油结构，防止润滑油泄漏。油封更换周期建议为12-18个月。

碳环密封：作为核心密封部件，采用浸渍呋喃树脂的碳石墨材料，具有良好的自润滑性和耐磨性。碳环分为6-8个弧段，由弹簧提供初始压紧力，磨损后自动补偿。设计寿命8000-10000小时。

3.5 轴承箱设计

轴承箱为水平剖分式，材料HT250灰铸铁，箱体壁厚均匀，加强筋合理布置。箱体与底座之间设有调整垫片，便于安装对中。轴承箱配备呼吸器、油位计、测温孔、振动监测接口等附件。箱体内部涂有耐油环氧漆，防止锈蚀污染润滑油。

第四章：风机维护与修理技术

4.1 日常维护要点

振动监测：每日记录轴承部位振动值，轴向和径向振动均应小于4.5mm/s。频谱分析每月进行一次，关注1倍频和2倍频变化。

温度监控：轴承温度不超过70℃，润滑油温升不超过40℃。温度异常升高往往是故障的前兆。

油品管理：每三个月取样化验润滑油，黏度变化不超过初始值的10%，水分不超过0.05%，机械杂质不超过0.01%。滤芯压差超过0.15MPa时必须更换。

密封检查：每日检查密封气压力、流量，确保高于机内压力5kPa以上。碳环密封的泄漏量每月测量，超过设计值150%时准备更换。

4.2 定期检修项目

月度检查：

检查地脚螺栓紧固力矩

清洗油过滤器滤芯

检查联轴器对中情况，偏移量不超过0.05mm，角度误差不超过0.05°

年度检修：

开箱检查轴瓦磨损情况，顶间隙、侧间隙测量记录

检查叶轮积垢情况，必要时进行喷砂清洗

检查迷宫密封间隙，超过设计值150%时更换

校验所有仪表传感器

4.3 大修技术要点

D(Pm)990-1.59风机的大修周期通常为3-4年或24000-32000运行小时。大修流程包括：

拆卸阶段：

切断电源，悬挂警示牌，放射性区域做好防护

排放润滑油，拆卸联轴器护罩和中间节

拆除进出口管路，松开地脚螺栓

使用专用工具拆卸轴承箱上盖，吊出转子

检查与修复：

主轴检测：检测直线度、轴颈圆度、表面粗糙度。直线度偏差超过0.02mm/m需矫直或更换

叶轮检查：超声波探伤检查裂纹，检查叶片磨损。叶片出口厚度磨损超过原厚度1/3时更换

轴瓦修复：刮研修复或更换轴瓦，接触角60-90°，接触点每平方厘米2-3点

密封更换：所有密封件必须更换新品，碳环密封装配间隙严格按说明书控制

回装与调试：

转子回装后，测量各级叶轮与进气室间隙，调整到设计值±0.1mm范围内

轴承箱扣盖前，检查轴瓦与轴颈接触情况

对中调整，联轴器端面平行偏差小于0.03mm，径向偏差小于0.05mm

试运行：首次启动运行4小时，检查振动、温度；无异常后连续运行24小时，各项参数稳定即为合格

特殊注意事项：钷提纯风机检修需遵守放射性设备检修规程，所有拆卸部件需进行污染检测，检修人员配备个人剂量计，废旧部件按放射性废物处理流程处置。

第五章：工业气体输送技术要点

5.1 不同气体介质的风机设计差异

D(Pm)系列风机可输送多种工业气体，但需根据气体性质进行针对性设计：

氧气输送：所有接触氧气的部件需进行严格脱脂处理，油脂含量小于125mg/m²。材料选择避免铜及铜合金（除轴承外），防止高速摩擦引发燃爆。密封气需使用洁净氮气或干燥空气。

氢气输送：氢气密度低，相同压力比所需叶轮级数更多。重点加强所有密封，泄漏率要求高于其他气体。电气设备需符合防爆要求，壳体接地电阻小于4Ω。

腐蚀性气体：针对酸性气体（如含氟、氯气体），材料升级为哈氏合金C276或钛合金。密封系统增加 purge gas 冲洗，防止腐蚀性介质进入轴承箱。

惰性气体：氦气、氖气、氩气等惰性气体输送相对简单，但需注意氦气分子小，易泄漏，密封设计需特别加强。

5.2 气体性质对风机性能的影响

气体密度变化直接影响风机性能：功率与气体密度成正比关系；压升也与密度相关，但流量基本不变（体积流量）。因此，输送不同气体时需重新计算性能曲线。

例如，输送氢气时，由于密度仅为空气的1/14，相同风机产生的压升大幅降低，而输送二氧化碳时（密度为空气的1.5倍），压升相应增加，需注意电机功率是否足够。

气体绝热指数影响温升计算：氢气绝热指数大，压缩温升高，需加强冷却；惰性气体单原子气体绝热指数1.67，温升明显高于双原子气体。

5.3 混合气体输送注意事项

钷提纯工艺中常涉及混合气体输送，需注意：

确定混合气体的平均分子量、绝热指数、爆炸极限等关键参数

检查气体组分是否会冷凝，特别是含水分气体在压缩后可能凝结，需设置排水装置

混合气体中如有颗粒物，需前置过滤器，过滤精度根据工艺要求确定

对于可能发生聚合的气体组分，控制出口温度低于聚合起始温度

第六章：选型与应用实践

6.1 钷提纯工艺中的风机选型原则

不同提纯阶段需选择不同型号风机：

预处理阶段：常选用“CF(Pm)”或“CJ(Pm)”型浮选风机，压力要求较低（0.05-0.3MPa），但流量较大，用于矿石浆料充气浮选。

化学反应阶段：需要精确控制反应气氛，选用“D(Pm)”型高压风机或“AII(Pm)”型双支撑风机，提供稳定压力流量，确保反应充分进行。

尾气处理阶段：烟气中含有腐蚀性成分，选用特殊材质的“C(Pm)”型多级风机，耐腐蚀设计成为重点。

产品保护阶段：输送高纯惰性气体覆盖产品，选用“AI(Pm)”或“S(Pm)”型洁净风机，内表面抛光处理，防止污染气体。

6.2 D(Pm)990-1.59在钷提纯中的典型应用

在氟化挥发法提纯钷的工艺中，D(Pm)990-1.59通常应用于：

氟化反应供气：提供氟化氢与氢气混合气体，控制氟化反应速率。此时风机需耐氢氟酸腐蚀，密封要求极高，防止剧毒气体外泄。

惰性气体循环：在真空蒸馏后，提供高纯氩气覆盖，防止钷产品氧化。此时风机需内壁电解抛光，粗糙度Ra0.8以下，避免气体污染。

废气回收：收集处理含微量放射性废气，经净化后排放。风机需配置放射性监测接口，泄漏率低于10⁻⁶Pa·m³/s。

6.3 系统集成注意事项

管路设计：进出口管路设置膨胀节，吸收热膨胀应力。进口管路直管段长度不小于管径的1.5倍，保证进气均匀。

仪表配置：必须配置流量计、压力传感器、温度传感器、振动传感器，信号接入DCS系统。放射性气体管路增设辐射监测仪。

安全设施：进出口设置紧急切断阀，轴承温度、振动超标时联锁停机。放射性区域风机配备远程监控和操作功能。

备用系统：关键工艺点的风机配置100%备用，一用一备，切换时间不超过10分钟。

第七章：发展趋势与技术展望

未来钷提纯风机将向以下方向发展：

智能化监测：集成更多传感器，实现预测性维护。基于振动频谱、温度趋势、效率变化等数据，提前预警故障，减少非计划停机。

材料革新：新型复合材料、陶瓷涂层技术的应用，进一步提高耐腐蚀、耐磨性能，延长大修周期。

能效提升：通过三元流叶轮设计、高效扩压器优化，使风机效率突破88%大关，降低钷提纯能耗成本。

模块化设计：标准化接口设计，使风机维修更换时间缩短30%以上，提高生产线可用率。

放射性防护强化：新型屏蔽材料和密封技术的应用，进一步降低操作人员受照剂量，提高作业安全性。

结语

D(Pm)990-1.59型高速高压多级离心鼓风机作为轻稀土钷提纯工艺的关键设备，其设计、制造、维护都体现了特种风机的高标准要求。从材料选择到密封设计，从振动控制到放射性防护，每一个细节都关乎提纯工艺的稳定性和安全性。随着稀土战略价值的不断提升，钷提纯风机技术也将持续进步，为我国稀土工业的发展提供坚实保障。

在实际应用中，建议用户建立完善的风机技术档案，记录从安装、调试到每次维修的完整数据，这些宝贵资料不仅是故障诊断的依据，也是风机优化升级的基础。同时，加强操作与维护人员的专业培训，提高对风机工作原理、故障征兆识别、应急处理的能力，确保钷提纯生产线长期稳定运行。