轻稀土钷(Pm)提纯风机技术全解析：以D(Pm)620-1.69型离心鼓风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钷提纯、离心鼓风机、D(Pm)620-1.69、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心鼓风机、风机维护

一、轻稀土钷提纯工艺与风机技术概述

轻稀土元素钷(Pm)作为稀土家族中的重要成员，在核电池、荧光材料及特种合金等领域具有不可替代的应用价值。钷的提取与提纯是一个极其复杂的化工过程，涉及溶解、萃取、沉淀、焙烧等多个环节，其中气体输送与加压系统是整个工艺流程的核心支撑。离心鼓风机作为提供气体动力和压力能的关键设备，其性能直接决定了提纯效率、产品质量和生产安全。

在稀土矿提纯领域，风机不仅需要提供稳定可靠的气体流量和压力，还需适应腐蚀性、高温或特殊成分的工业气体环境。针对钷提纯工艺的特殊需求，行业开发了多个专用风机系列，包括C(Pm)型多级离心鼓风机、CF(Pm)型浮选专用离心鼓风机、CJ(Pm)型专用浮选离心鼓风机、D(Pm)型高速高压多级离心鼓风机、AI(Pm)型单级悬臂加压风机、S(Pm)型单级高速双支撑加压风机以及AII(Pm)型单级双支撑加压风机等。这些风机可根据工艺需求输送空气、工业烟气、二氧化碳、氮气、氧气、氦气、氖气、氩气、氢气及混合无毒工业气体等多种介质。

本文将重点围绕D(Pm)620-1.69型高速高压多级离心鼓风机展开详细解析，深入探讨其结构特点、配件组成、维修要点以及在钷提纯工艺中的具体应用。

二、D(Pm)620-1.69型高速高压多级离心鼓风机技术详解

2.1 型号命名规则与基本参数

根据行业标准，离心鼓风机型号采用统一编码规则。以D(Pm)620-1.69为例进行解析：

“D”代表风机系列类型，此处指D系列高速高压多级离心鼓风机，专为高压气体输送设计，采用多级叶轮串联结构，每级叶轮逐步增加气体压力，最终达到所需的出口压力。

“(Pm)”表示该风机专为轻稀土钷提纯工艺优化设计，在材料选择、密封形式、耐腐蚀性能等方面进行了特殊处理，以适应稀土提纯过程中的特殊气体环境。

“620”表示风机在标准状态下的额定流量为每分钟620立方米。这是风机选型的关键参数之一，需根据钷提纯工艺的实际用气量确定，需考虑工艺峰值需求并预留适当裕量。

“-1.69”表示风机出风口设计压力为1.69个大气压（表压），即相对于标准大气压的绝对压力约为2.69个大气压。这一压力值是根据钷提纯工艺中气体输送距离、管道阻力、反应器压力需求等综合计算确定的。需特别说明的是，如果型号中未标注进口压力，则默认进风口压力为标准大气压（1个大气压）。

D(Pm)620-1.69型风机主要设计用于与跳汰机、浮选柱等稀土选矿设备配套使用，提供稳定高压气体，实现矿物的有效分离。其工作介质主要为空气，但经过特殊设计和材料选择后，也可适应含有微量酸性成分或腐蚀性物质的工艺气体。

2.2 结构与工作原理

D(Pm)型多级离心鼓风机采用轴向进气、径向排气的设计，气体沿主轴方向进入，经多级叶轮逐级加压后从出口排出。其核心工作原理基于离心力作用：当电机驱动主轴高速旋转时，固定在主轴上的叶轮随之转动，叶片间的气体在离心力作用下被甩向叶轮外缘，动能增加；随后气体进入扩压器，速度降低，动能转化为压力能；经过多级这样的“加速-减速”转化过程，气体压力逐步提升至设计值。

该型风机通常包含3-8级叶轮，具体级数根据所需压力确定。对于D(Pm)620-1.69型，通常采用4-5级叶轮结构，每级增压约0.15-0.2个大气压，最终累计达到1.69个大气压的出口压力。

三、风机核心配件系统深度解析

3.1 主轴系统

主轴是离心鼓风机的核心传动部件，承担着传递扭矩、支撑转子高速旋转的关键功能。D(Pm)620-1.69型风机主轴采用高强度合金钢锻造而成，经过调质处理、精密加工和动平衡校正，确保在高速旋转（通常转速在8000-15000转/分钟）下的稳定性和可靠性。主轴的设计需满足以下要求：

足够的强度和刚度：能够承受转子自重、气体力、齿轮啮合力（如有齿轮箱）以及启停过程中的冲击载荷。

精确的几何尺寸：各轴段直径、台阶、键槽等需严格按图纸加工，保证与叶轮、轴承、联轴器等配件的精确配合。

优良的表面质量：轴承安装部位通常需要磨削加工，表面粗糙度达到Ra0.4以下，减少轴承磨损和发热。

完善的防腐处理：针对钷提纯工艺中可能存在的腐蚀性气体，主轴表面常采用镀铬、喷涂陶瓷等防腐措施。

3.2 轴承与轴瓦系统

D(Pm)620-1.69型风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑系统，相较于滚动轴承，滑动轴承在高速重载条件下具有更好的稳定性和更长的使用寿命。轴瓦通常由巴氏合金或铜基合金制成，内表面开有油槽，保证润滑油形成稳定的油膜。

轴瓦系统的关键技术要点包括：

间隙控制：轴瓦与主轴之间的径向间隙通常控制在主轴直径的0.1%-0.15%，需根据主轴材料的热膨胀系数、运行温度等因素精确计算。间隙过大会导致振动加剧，间隙过小则可能引起烧瓦。

润滑系统：采用强制循环油润滑，润滑油经油泵加压后进入轴承，形成液体动压润滑膜，将主轴“浮起”，避免金属直接接触。润滑油需定期检测，确保粘度、清洁度符合要求。

温度监控：每副轴瓦均安装温度传感器，实时监测轴承温度，通常报警温度设置为70℃，停机温度设置为80℃。

3.3 转子总成

转子总成是风机做功的核心部件，由主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等组成。D(Pm)620-1.69型风机的叶轮采用后弯式叶片设计，兼顾效率和压力特性，叶片数通常为12-16片。叶轮材料根据输送气体性质选择：输送空气时可采用45号钢或低合金钢；输送腐蚀性气体时需选用不锈钢（如304、316L）或钛合金。

转子动平衡是确保风机平稳运行的关键工序。根据国际标准ISO1940，高速离心鼓风机的转子平衡等级要求达到G2.5级，即在最高工作转速下，转子剩余不平衡量引起的振动速度不超过2.5毫米/秒。动平衡校正通常在专用平衡机上进行，通过在不平衡相位处添加或去除质量实现。

3.4 密封系统

密封系统的有效性直接关系到风机效率、安全性和环境友好性。D(Pm)620-1.69型风机采用多重密封组合设计：

气封（迷宫密封）：安装在叶轮进口与机壳之间，由一系列环形齿片组成，形成曲折的泄漏路径，减少级间气体泄漏。迷宫密封的间隙通常控制在0.2-0.4毫米，间隙大小需综合考虑密封效果与避免摩擦。

碳环密封：用于轴端密封，防止气体沿主轴泄漏到大气中或润滑油进入气腔。碳环具有自润滑特性，可在少量液体润滑下工作，适应高速旋转条件。碳环密封的泄漏量计算公式可简化为：泄漏量与密封前后压差成正比，与密封间隙的三次方成正比，与密封长度成反比。

油封：用于轴承箱密封，防止润滑油泄漏。通常采用唇形密封圈或机械密封，根据油品性质和压力选择。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱不仅是轴承的支撑壳体，也是润滑油的收集和分配中心。D(Pm)620-1.69型风机的轴承箱采用铸铁或铸钢制造，内部设有导油槽、回油孔，确保润滑油顺畅流动。轴承箱的设计需考虑散热需求，必要时加设冷却水套或散热翅片。

润滑系统包括油箱、油泵、过滤器、冷却器、阀门及监控仪表等。对于高速风机，润滑油不仅起润滑作用，还承担着带走摩擦热、清洁磨损颗粒、防腐防锈等重要功能。系统油压通常控制在0.2-0.4兆帕，油温控制在40-50℃范围内。

四、D(Pm)620-1.69型风机维修与维护要点

4.1 日常维护与检查

每日需检查风机运行参数：包括进出口压力、流量、电流、轴承温度、振动值等，记录在运行日志中。特别要注意振动变化趋势，振动加剧往往是故障的早期征兆。

每周检查润滑油位、油质，检查密封有无泄漏，检查地脚螺栓紧固情况。每月检查联轴器对中情况，高速风机对中要求极高，径向偏差通常不超过0.05毫米，角度偏差不超过0.05度。

4.2 定期检修内容

根据运行时间，风机需进行定期检修：

小修（每运行3000-4000小时）：更换润滑油和滤芯，检查密封磨损情况，检查联轴器弹性元件，清洁冷却器。

中修（每运行12000-15000小时）：除小修内容外，还需检查轴承间隙，检查叶轮腐蚀磨损情况，检查主轴有无损伤，重新进行动平衡校正。

大修（每运行30000-40000小时或根据状态监测结果）：全面解体检查，更换所有易损件，检测主轴直线度，检测机壳变形情况，必要时对叶轮、主轴等核心部件进行无损探伤。

4.3 常见故障处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡、轴承磨损、对中不良、基础松动等。需停机检查，先检查对中和基础，再检查轴承，最后考虑转子平衡问题。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或变质、冷却不良、轴承间隙过小、负荷过大等。需检查润滑系统，调整轴承间隙，检查工艺系统是否超压运行。

风量风压不足：可能原因包括密封磨损泄漏严重、进口滤网堵塞、叶轮腐蚀磨损、转速下降等。需检查密封间隙，清洁滤网，检查叶轮状态，检查电机和传动系统。

异常噪音：可能原因包括轴承损坏、转子与静止部件摩擦、喘振等。需立即停机检查，避免事故扩大。

4.4 维修安全注意事项

维修前必须切断电源并上锁挂牌，确保风机完全停止且压力泄放完毕。起吊重物时需由专人指挥，使用合适的吊具。装配过程中需保持清洁，防止杂质进入轴承或密封。检修后首次启动需进行点动试车，确认旋转方向正确且无摩擦异响，再正式投入运行。

五、工业气体输送专用风机技术要点

钷提纯工艺中，除了使用空气作为输送介质外，还可能涉及多种工业气体的输送，不同气体特性对风机设计提出了特殊要求。

5.1 不同气体介质的特性与风机选型

氧气输送：氧气具有强氧化性，与油脂接触可能引发燃烧爆炸。输送氧气的风机必须彻底脱脂，采用铜合金或不锈钢等不易产生火花的材料，润滑系统需使用特种氧化稳定的合成油。通常选用AI(Pm)型或S(Pm)型风机，并配备氮气吹扫系统。

氢气输送：氢气密度小、易泄漏、爆炸范围宽。输送氢气的风机需特别注重密封设计，通常采用干气密封或特殊设计的迷宫密封。由于氢气密度仅为空气的1/14，相同压力下所需压缩功较小，但叶轮设计需考虑气体可压缩性的影响。

腐蚀性气体输送：如含有酸性成分的工业烟气，风机接触气体部件需采用耐腐蚀材料，如双相不锈钢、哈氏合金或内衬防腐涂层。密封系统需加强，防止气体外泄造成环境污染。

惰性气体输送：如氮气、氩气等，安全性较高，主要考虑气体密度与空气不同对风机性能的影响。根据气体密度调整风机转速的换算公式为：新转速等于原转速乘以（空气密度除以气体密度）的平方根。

5.2 气体特性对风机设计的调整

气体密度变化直接影响风机的压力-流量特性。根据风机相似定律，在转速不变的情况下，风机压力与气体密度成正比，轴功率也与气体密度成正比。因此，输送轻气体（如氢气）时，为达到相同压力，需提高转速或增加叶轮直径。

气体压缩性也需考虑。对于高压比场合，气体温升明显，需校核材料耐温性能，必要时增加级间冷却。气体绝热指数影响压缩温升计算，计算公式为：排气温度等于进气温度乘以（排气压力除以进气压力）的（绝热指数减1除以绝热指数）次方。

5.3 特种气体输送的安全措施

所有输送易燃易爆或有毒气体的风机，必须符合防爆标准，电机、仪表需采用相应防爆等级。安装气体泄漏检测报警装置，设置紧急停机联锁。风机房需保证良好通风，配备消防设施。定期进行安全阀校验，确保超压保护可靠。

六、稀土提纯风机选型与优化建议

6.1 选型基本原则

钷提纯风机选型需综合考虑工艺要求、气体性质、运行环境、经济性等因素。基本步骤如下：

确定工艺所需气体流量和压力，考虑系统阻力、管道损失、未来扩展等因素，预留10%-15%的裕量。

分析气体成分、温度、湿度、腐蚀性、爆炸性等特性，确定风机材料、密封形式和防爆等级。

根据流量压力需求，初步选择风机类型：小流量高压比适合选用多级离心风机（如D系列），大流量中低压适合选用单级风机（如S系列或AII系列）。

校核风机性能曲线，确保工作点在高效区内，避免喘振和阻塞区。

考虑运行成本，进行全生命周期经济性分析，包括购置成本、能耗、维护费用等。

6.2 D(Pm)620-1.69型在钷提纯中的优化应用

在钷提纯工艺中，D(Pm)620-1.69型风机可通过以下优化措施提升性能：

变频控制：加装变频驱动器，根据工艺需求调节转速，实现流量压力的精确控制，节能效果显著，通常可节电20%-30%。

状态监测系统：安装在线振动监测、温度监测、性能监测系统，实现预测性维护，减少非计划停机。

材料升级：对于腐蚀性环境，将叶轮和机壳内衬升级为更耐腐蚀材料，延长大修周期。

系统集成：将风机与工艺控制系统集成，实现自动启停、故障联锁、参数优化等功能。

6.3 未来技术发展趋势

随着稀土提纯工艺向精细化、自动化、绿色化方向发展，对风机技术也提出了更高要求：

智能化：基于物联网和大数据技术，实现风机智能诊断、故障预测、能效优化。

高效化：通过CFD优化叶轮和流道设计，提升效率3%-5%；开发新型密封技术，减少内泄漏。

材料创新：应用复合材料、陶瓷涂层等新材料，提高耐腐蚀耐磨损性能。

系统集成：风机与工艺设备一体化设计，优化整个气体输送系统，降低总能耗。

七、结语

D(Pm)620-1.69型高速高压多级离心鼓风机作为轻稀土钷提纯工艺中的关键设备，其稳定高效运行直接关系到提纯效率和产品质量。深入理解风机结构原理、掌握配件特性、实施科学维护，是保障风机长期可靠运行的基础。随着稀土产业的不断发展，风机技术也将持续创新，为钷等稀有元素的高效清洁提取提供更加可靠的气体动力保障。

正确选型、精心维护、适时改造，方能最大化发挥风机性能，为稀土提纯企业创造更大的经济效益和社会效益。风机技术人员需不断学习新技术、新方法，提升专业技能，适应产业发展需求，为中国稀土工业的科技进步贡献力量。