轻稀土钷(Pm)提纯风机:D(Pm)1974-1.93型高速高压多级离心鼓风机技术解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钷提纯，离心鼓风机，D(Pm)1974-1.93型号，风机配件，风机维修，工业气体输送，稀土矿分离，高速高压风机

一、引言：稀土矿提纯工艺中的离心鼓风机关键作用

稀土元素作为现代高科技产业不可或缺的战略资源，其分离提纯技术一直是冶金化工领域的核心环节。轻稀土钷（Promethium，Pm）作为稀土家族中的放射性元素，在核电池、荧光材料及特殊合金领域具有独特应用价值。钷的分离提纯过程对气体输送设备提出了极为严苛的要求:不仅需要提供稳定、洁净的气源，还需适应复杂的化学环境和精确的工艺参数控制。

在钷的湿法冶金提纯流程中，离心鼓风机承担着为跳汰机、浮选槽、气体保护系统及物料输送系统提供动力气源的关键任务。其性能直接影响到分离效率、产品纯度及生产安全。本文将围绕专为轻稀土钷提纯设计的D(Pm)1974-1.93型高速高压多级离心鼓风机展开全面技术解析，涵盖其设计原理、配件系统、维护要点及在工业气体输送中的应用特性。

二、稀土提纯专用离心鼓风机系列概览

在钷的提纯工艺链中，根据不同的工艺段和气体需求，发展出了一系列专用风机型号：

“C(Pm)”型系列多级离心鼓风机：采用传统多级设计，适用于中等压力、大流量的工艺环节，如氧化焙烧后的烟气输送或大型浸出槽的曝气过程。

“CF(Pm)”与“CJ(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门针对浮选工艺优化，能够提供稳定、微调的气泡尺寸所需的气压和流量，其中CF型侧重精细调节，CJ型侧重大处理量浮选系统。

“D(Pm)”型系列高速高压多级离心鼓风机：本系列是高压环节的核心设备，采用高转速设计和精密的多级叶轮配置，能够提供最高达2.5个大气压以上的出口压力，专为高压过滤、高压气体保护及长距离物料气力输送设计。

“AI(Pm)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于空间受限的加压点或作为辅助增压设备，其悬臂设计便于维护但承压能力相对有限。

“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：两者均采用双支撑结构，转子稳定性高，S型侧重高转速工况，AII型侧重中高压、大流量工况，常用于工艺气体的循环或增压。

所有Pm系列风机在设计时均充分考虑了稀土提纯环境的特殊性：接触气体可能具有腐蚀性（如含氟、氯离子），粉尘具有放射性且粒度细微，工艺对气体纯度、湿度及温度敏感。因此，材料选择、密封设计和表面处理均有特殊规范。

三、D(Pm)1974-1.93型风机深度解析

3.1 型号命名与基本参数解读

型号“D(Pm)1974-1.93”遵循统一的命名规则：“D”代表高速高压多级离心鼓风机系列；“(Pm)”指明该机型专为轻稀土钷提纯工艺设计并采用了相应的防腐、防辐射材料标准；“1974”表示风机在标准进口状态（通常是1个标准大气压，20摄氏度）下的额定体积流量为每分钟1974立方米；“-1.93”表示风机设计出口表压为1.93个大气压（即绝压约为2.93个大气压）。若型号中无斜杠“/”，则默认进口压力为1个标准大气压。

该型号的流量参数“1974立方米/分钟”是根据钷提纯流程中高压跳汰机或高压气力输送系统的最大需求气量，并结合管网阻力计算、安全系数（通常取1.1-1.2）后确定的。出口压力“1.93个大气压”则需满足将气体克服管道、阀门、净化装置及终端设备的全部阻力损失后，仍能在终端保持工艺所需的最低工作压力。

3.2 设计特点与结构原理

D(Pm)1974-1.93型风机属于多级离心式鼓风机，其核心原理是通过高速旋转的多个叶轮对气体连续做功，使气体的压力和速度逐级提高，最后在蜗壳或扩压器中将速度能进一步转化为压力能。

结构组成：主要由进口段、多级压缩段（包括各级叶轮和导叶）、蜗壳或出口扩压器、轴承箱、密封系统、润滑系统、底座及驱动装置（通常为电机+增速齿轮箱）组成。为适应高压比，通常采用3-5个压缩级。

气动设计：叶轮采用后弯式或径向出口设计，以兼顾效率和压力提升。叶片型线经过CFD优化，以减少气体流动分离和涡流损失。级间设置导叶，用于将上一级叶轮出口的气体动能部分转化为静压，并以合适的角度引导气流进入下一级叶轮进口，保证各级匹配高效。

驱动与转速：为实现高压输出，转子工作转速极高，通常通过异步电动机驱动增速齿轮箱来实现，转速可达每分钟数千至上万转。这要求转子必须具备极高的动平衡精度和临界转速远高于工作转速的安全裕度。

材料与防腐：所有过流部件（叶轮、机壳、导叶）根据输送气体成分（可能含酸性或碱性介质）选用双相不锈钢、哈氏合金或进行特种涂层处理（如聚四氟乙烯涂层）。对于可能接触钷粉尘的区域，材料表面需光滑无死角，便于去污清洗。

四、核心配件系统详解

4.1 风机主轴与转子总成

主轴：作为转子的核心承载件，采用高强度合金钢（如42CrMo）整体锻制，经过调质处理获得优异的综合机械性能。主轴的设计需精确计算其临界转速，确保工作转速远离其一阶和二阶临界转速，通常要求工作转速低于一阶临界转速的70%，或高于二阶临界转速的130%。主轴上的轴颈尺寸、过渡圆角需精细加工以降低应力集中，与叶轮、平衡盘等零件的配合采用过盈配合加键连接，确保高速下的可靠传递扭矩。

转子总成：由主轴、各级叶轮、平衡盘、轴套、联轴器半体等组件构成。每个叶轮在单独进行静平衡和超速试验后，与主轴组装完成，需进行整个转子总成的动平衡校正。动平衡精度需达到G2.5级或更高标准（按国际标准ISO 1940），不平衡量残余值极低，以保障高速运行的平稳性。平衡盘用于平衡转子部分轴向力，其密封间隙至关重要。

4.2 轴承与轴瓦系统

D(Pm)系列高压高速风机通常采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，以承受更高的载荷和转速，运行更平稳。

轴瓦：材料多为巴氏合金（锡锑铜合金）衬层浇铸在钢背瓦体上。巴氏合金具有优异的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力，能适应一定的冲击载荷和微量不对中。瓦体设计为可倾瓦形式（常用于高速风机），由多块独立瓦块组成，每个瓦块可在支点上自由摆动，形成最佳油楔，具有优异的稳定性，能有效抑制油膜振荡。轴瓦与轴颈的配合间隙需根据转速、载荷和润滑油粘度精确计算，通常为轴颈直径的千分之一点五到千分之二。

轴承箱：作为轴承的载体和润滑油路的重要组成部分，需具有足够的刚度和精度。轴承箱内设有进油口、回油槽、测温孔（安装铂热电阻）等。其与机壳的定位和连接需保证转子与静止部件（如气封）的对中性。

4.3 密封系统

密封系统是防止工艺气体泄漏和润滑油进入流道的关键，D(Pm)1974-1.93型风机采用组合式密封。

气封与油封：在叶轮进口侧、级间和轴端，设置迷宫密封作为主要的气封形式。迷宫密封由一系列环形齿片和衬套组成，通过形成曲折的节流间隙来极大增加气体泄漏阻力。齿片材料常为铝或铜合金，以防与转子碰擦时产生火花。在轴承箱靠近转子的一侧，设置油封（通常为接触式骨架油封或更先进的碳环密封）以防止润滑油沿轴泄漏。

碳环密封：对于密封要求极高或输送有毒、贵重、放射性气体的场合，会采用非接触式碳环密封作为轴端主密封。碳环由多个弧形石墨环组成，在弹簧力作用下轻微抱轴，形成极窄的均匀间隙。石墨具有自润滑、耐高温、化学惰性好的特点。密封气（通常是洁净的氮气或空气）注入碳环中间，压力略高于被密封介质，确保工艺气体零泄漏。对于钷提纯，碳环密封能有效防止含放射性粉尘的气体外泄。

4.4 润滑系统

独立的强制润滑油系统是高速风机的生命线。系统包括主辅油泵、油冷却器、双联油过滤器、蓄能器、压力温度调节阀及完备的监控仪表（压力开关、压差开关、温度传感器）。润滑油采用ISO VG32或VG46汽轮机油，需具备良好的抗氧化性、防锈性和抗泡沫性。油压、油温、油滤堵塞信号均连锁至主电机控制系统，任何异常将触发报警或停机，确保轴承和齿轮箱始终处于良好的润滑状态。

五、风机维护、修理要点与故障诊断

5.1 日常维护

运行监测：每小时记录轴承温度（通常不应超过75-85℃）、润滑油压力与温度、风机进出口压力与温度、电机电流及振动值。振动监测是关键，应在轴承座三个方向（水平、垂直、轴向）安装振动传感器，监测位移或速度值。

润滑系统维护：定期检查油位，分析润滑油质（每3-6个月取样化验水分、粘度、酸值、金属颗粒），根据结果决定是否换油。定期清洗或更换油过滤器滤芯。

密封检查：定期检查轴端是否有油渍或气体泄漏痕迹。对于碳环密封，监控密封气压力和流量是否稳定。

5.2 定期检修与大修

根据运行时间（通常8000小时左右）或状态监测结果安排计划性检修。

中修（现场进行）：主要包括检查、清洗油路系统；检查联轴器对中情况并重新校正；检查并紧固所有连接螺栓；检查气封、油封磨损情况，必要时更换；清理进口过滤器。

大修（返厂或专业车间）：

解体检查：吊出转子总成，全面检查主轴有无弯曲、裂纹（磁粉探伤）；测量叶轮口环、气封、平衡盘密封等处的径向与轴向间隙，与出厂标准对比，超标则更换相应部件；检查叶轮叶片有无磨损、裂纹或腐蚀，必要时进行无损检测。

轴承与轴瓦检修：检查轴瓦巴氏合金层有无磨损、剥落、裂纹或烧熔痕迹，测量轴瓦间隙和瓦背紧力，必要时刮研或更换新瓦。检查轴承箱结合面。

转子动平衡：大修后或更换任何旋转部件后，必须将转子总成重新上动平衡机进行精确校正，确保平衡精度达标。

装配与对中：按照严格的装配顺序和间隙标准重新装配。安装就位后，精细调整风机与电机（或齿轮箱）的轴对中，采用双表法或激光对中仪，对中精度要求极高（通常偏移量小于0.05mm，角度偏差小于0.05mm/m）。

试车：大修后需进行空载试车和负载试车，逐步升速升压，监测所有运行参数正常后方可投入正式运行。

5.3 常见故障诊断

振动超标：可能原因包括转子不平衡（需重新动平衡）、对中不良（重新对中）、轴承磨损（检查更换）、地脚螺栓松动（紧固）、转子与静止件摩擦（检查间隙）或进入喘振区（调整工况点）。

轴承温度过高：可能由于润滑油不足或变质、油路堵塞、冷却不良、轴承间隙过小、负载过大或对中不良。

压力或流量不足：可能因进口过滤器堵塞、密封间隙过大导致内泄漏严重、转速未达额定值、或工艺管网阻力变化。

异常噪音：可能是喘振征兆（需立即调整）、轴承损坏、转子碰擦或齿轮箱故障。

六、工业气体输送的特殊考量

D(Pm)1974-1.93型风机虽然针对钷提纯设计，但其技术原理也适用于输送多种工业气体，但必须根据气体性质进行专门适配：

气体密度与压缩功：风机的压头（能量头）特性与气体密度基本无关，但所需功率与气体密度成正比。输送氢气(H₂)、氦气(He)等轻气体时，在相同压比和流量下，电机功率远小于输送空气。反之，输送氩气(Ar)、二氧化碳(CO₂)等重气体时，功率需求增大，电机选型需留足余量。

腐蚀性与材料选择：输送氧气(O₂)时，所有过流部件需采用禁油设计并选用相容材料（如不锈钢），且需严格控制流速防静电起火。输送含腐蚀性组分（如工业烟气中的SO₂）的气体时，材料需升级为更高级别的不锈钢或镍基合金。

安全性：输送易燃易爆气体（如H₂、含CO的烟气）时，风机设计需符合防爆标准，电机、仪表选用防爆型，并考虑设置气体泄漏检测和紧急切断系统。对于氧气，还需防止油脂接触。

密封要求：输送贵重（如He）、有毒或易燃气体时，必须采用高完整性密封系统，如干气密封或本文提到的碳环密封，并辅以密封气控制系统，确保零泄漏。

温度效应：风机性能标定基于标准进口状态。若气体进口温度与设计值偏差较大，其密度、体积流量及所需功率均会变化，需重新核算工况点。高温气体会影响材料强度和密封性能，可能需要增设冷却器或选择耐高温型号。

在实际应用中，为D(Pm)1974-1.93型风机选配工业气体输送任务时，必须提供完整的气体组分、进口温度、压力、湿度及洁净度要求，由制造商进行气动重新核算和材料、密封的专项设计，绝不能简单套用。

七、结论

D(Pm)1974-1.93型高速高压多级离心鼓风机代表了在严苛的轻稀土钷提纯工艺中对气体输送设备的高技术要求。其成功的运行依赖于精密的原始设计、高品质的核心配件（主轴、转子、轴瓦、密封）、完善的润滑系统以及科学严谨的维护修理规程。理解其型号含义、掌握其结构特点、熟悉其配件系统与维护要点，是保障风机长期稳定运行、进而确保整个钷提纯生产线连续高效安全生产的基础。同时，其设计理念和技术积累也为输送各类特殊工业气体提供了宝贵的技术解决方案。作为风机技术人员，应持续深化对设备原理的理解，加强状态监测和预防性维护，使设备始终处于最佳性能状态，为国家的稀土战略资源事业保驾护航。