轻稀土钐(Sm)提纯风机基础知识:以D(Sm)980-1.49型高速高压多级离心鼓风机为例

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轻稀土钐(Sm)提纯风机基础知识:以D(Sm)980-1.49型高速高压多级离心鼓风机为例

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钐提纯、离心鼓风机、D(Sm)980-1.49、风机配件、风机修理、工业气体输送、稀土冶炼

一、引言：稀土提纯与风机技术概述

在稀土湿法冶炼与分离提纯领域，特别是针对轻稀土元素钐（Sm）的提取与纯化，离心鼓风机作为提供关键气体动力与工艺环境的核心装备，其性能直接关系到生产效率、产品质量与能耗水平。稀土钐的提纯流程通常涉及焙烧、酸溶、萃取、还原等多个环节，这些环节对气体的流量、压力、纯度及稳定性有着极为苛刻的要求。因此，专用风机的设计、选型与应用，构成了稀土冶炼装备技术中不可或缺的一环。

针对稀土冶炼，尤其是钐提纯工艺，发展出了多个系列专用离心鼓风机，包括“C(Sm)”型系列多级离心鼓风机、“CF(Sm)”与“CJ(Sm)”型系列专用浮选离心鼓风机、“D(Sm)”型系列高速高压多级离心鼓风机，以及“AI(Sm)”、“S(Sm)”、“AII(Sm)”等系列的单级加压风机。它们能够安全、高效地输送空气、工业烟气、二氧化碳（CO₂）、氮气（N₂）、氧气（O₂）以及氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氢（H₂）等多种惰性、活性或混合工业气体，满足不同工艺段的气源需求。

本文将聚焦于在钐提纯高压氧化、流态化输送等关键工序中广泛应用的代表性机型:D(Sm)980-1.49型高速高压多级离心鼓风机，系统阐述其技术基础、结构特点、配件构成、维护修理要点，并延伸探讨输送各类工业气体的风机技术考量。

二、风机型号解读与D(Sm)980-1.49型风机介绍

1. 型号编码规则

以典型型号“D(Sm)300-1.8”为例进行说明：

“D”：代表“D系列高速高压多级离心鼓风机”。该系列以高转速、多叶轮串联为特征，旨在获得较高的单机压比。 “(Sm)”：表明该风机为钐（Samarium）提纯工艺专用或适用机型，在材料选择、密封设计、防腐处理等方面进行了针对性优化。 “300”：表示风机在标准进口状态（通常指进口压力为1个标准大气压，温度20℃）下的额定流量，单位为立方米每分钟（m³/min）。即该风机流量为300 m³/min。 “-1.8”：表示风机出口的绝对压力值为1.8个标准大气压（atm）。通常，若未特殊标注进口压力，则默认为进口压力是1个标准大气压。因此，该风机的升压（压差）为0.8个大气压，或约为80千帕（kPa）。

2. D(Sm)980-1.49型风机详解

轻稀土钐(Sm)提纯风机D(Sm)980-1.49，是一款专为中大规模钐提纯生产线设计的高性能动力设备。

系列与用途：隶属于D系列高速高压多级离心鼓风机，主要应用于需要较高气体压力的工艺环节，如钐化合物的高压氧化反应釜供风、物料的气力输送系统动力源等。 流量参数：“980”代表该风机在标准进口条件下的额定流量高达980立方米每分钟。大流量特性使其能够满足连续化、规模化生产的供气需求，确保反应充分或输送稳定。 压力参数：“-1.49”表示其出口绝对压力为1.49个大气压。换算成升压为0.49个大气压（约49.6 kPa）。这一压力范围适合需要克服一定系统阻力，但又不至于对设备或管道提出超高压要求的工艺场景，是实现高效、安全运行的平衡点。 性能特点：该型号通过多级叶轮串联（通常为2-6级），在较高的驱动转速下（可能由增速齿轮箱或高速电机直接驱动实现），将气体逐级压缩，最终达到所需的压力和流量。其设计注重效率曲线平坦，以适应钐提纯工艺中可能出现的工况波动。

三、D(Sm)系列风机核心配件与结构解析

一台完整的D(Sm)980-1.49型风机是一个精密的旋转机械系统，其主要配件和结构单元包括：

1. 转子总成

这是风机的“心脏”，是完成能量转换的核心部件。它主要包括：

主轴：采用高强度合金钢（如40CrNiMoA）整体锻制，经过精密加工、热处理（调质）和动平衡校正。它负责传递扭矩、支撑所有旋转部件，并承受由叶轮产生的巨大离心力以及齿轮传动产生的扭力。其刚性、临界转速设计和表面精度至关重要。叶轮：根据压力和流量需求，多个叶轮按一定间距安装在主轴上。叶轮通常为闭式后弯型，采用抗腐蚀、高强度的材料如FV520B不锈钢或钛合金制造，并经过五轴联动数控加工中心精密加工。每个叶轮都单独进行超速试验和动平衡，确保在高速下的稳定性和气动性能。 平衡盘/鼓：用于平衡多级叶轮产生的轴向推力，减少止推轴承的负荷，提高运行可靠性。 联轴器：连接风机主轴与驱动装置（电机或齿轮箱），常用膜片式或齿式联轴器，能补偿一定的轴向、径向和角向偏差，并传递动力。

2. 轴承与润滑系统

轴承（轴瓦）：D系列高速风机常采用滑动轴承（巴氏合金轴瓦）。与滚动轴承相比，滑动轴承在高速重载下具有更好的阻尼特性和承载能力，运行更平稳。径向轴承支撑转子重量，保持径向定位；止推轴承则承受剩余的轴向推力。轴瓦的间隙、油楔形成和合金材料质量是关键。 轴承箱：是容纳轴承、密封并建立稳定油腔的铸件。它为轴承提供精确的安装定位，内部有设计合理的油路，确保压力润滑油能充分覆盖轴颈和轴瓦表面，形成稳定的油膜。轴承箱的刚性、散热性和密封性直接影响轴承寿命。

3. 密封系统

密封是防止气体泄漏和润滑油污染的关键，尤其在输送特殊工业气体时更为重要。

气封（级间密封与轴端密封）：通常采用迷宫密封。在叶轮与隔板之间（级间）以及主轴穿出机壳处（轴端），安装一系列由金属薄片构成的环形齿隙结构。利用气体通过狭小齿缝时产生的节流效应来减少泄漏。材料需与气体相容，防止腐蚀。油封：位于轴承箱端盖处，主要防止润滑油外泄。常用形式包括骨架油封、迷宫式油封或组合式密封。 碳环密封：在输送易燃、易爆、贵重或有害气体（如氢气、氦气）时，轴端常采用更精密的碳环密封。它由多个分裂的碳环在弹簧力作用下紧密贴合主轴表面，形成动态密封，泄漏量远小于迷宫密封。其材料（如浸渍金属碳石墨）具有良好的自润滑性和耐磨性。

4. 机壳与隔板

机壳（气缸）：通常为水平剖分式铸铁或铸钢件，便于安装和检修。它容纳转子总成，形成气体流道，并承受内部压力。针对腐蚀性气体，内壁可进行防腐涂层或衬里处理。隔板：安装在机壳内，位于各级叶轮之间。隔板上装有扩散器（将叶轮出口的动能转化为压力能）和回流器（引导气体以合适角度进入下一级叶轮），并固定级间迷宫密封。其流道型线的设计直接影响风机效率。

5. 增速齿轮箱（若采用）

为实现高转速，D系列风机常配备平行轴式增速齿轮箱。齿轮采用高精度硬齿面磨齿工艺，确保传动平稳、噪音低、效率高。齿轮箱有独立的润滑和冷却系统。

四、轻稀土钐提纯风机的维护与修理要点

风机的稳定运行依赖于规范的维护和及时的修理。

1. 日常维护与监测

振动监测：安装在线振动监测系统，实时监测轴承座处的振动速度或位移值。振动异常升高往往是转子不平衡、对中不良、轴承磨损或动静件摩擦的先兆。 温度监测：持续监测轴承温度（回油温或瓦块温度）、润滑油温。轴承温度骤升可能指示油路堵塞、油质劣化或轴承损坏。 润滑油管理：定期化验润滑油，监测其粘度、水分含量和金属颗粒物。按时更换润滑油和滤芯，保持润滑系统清洁。 性能参数记录：定期记录流量、进出口压力、电流等运行参数，与设计曲线对比，早期发现性能衰减。

2. 常见故障与修理

振动过大：原因：转子结垢或部件脱落导致不平衡；联轴器对中偏差超标；基础松动；轴承间隙过大或损坏；发生喘振。修理：停机后重新进行动平衡校准；重新精确对中；紧固地脚螺栓；检查更换轴瓦；调整运行工况，避免在小流量区运行。 轴承温度高：原因：润滑油量不足或油质差；冷却器效率下降；轴承间隙过小或接触不良；轴向推力过大。修理：检查油泵、滤网、油路，换油；清洗冷却器；刮研修刮轴瓦或调整间隙；检查平衡盘磨损情况，调整间隙。 风量或压力不足：原因：进口滤网堵塞；密封间隙因磨损过大，内泄漏严重；叶轮腐蚀或磨损，效率下降；转速未达额定值。修理：清洗或更换滤网；停机测量并调整或更换迷宫密封齿、碳环；检查叶轮，严重时需更换；检查驱动电源和联轴器。 气体泄漏：原因：轴端密封（迷宫或碳环）磨损；机壳中分面或管道法兰密封垫老化。修理：更换磨损的密封件；紧固螺栓或更换密封垫片。对于有毒易燃气体，碳环密封的更换需格外谨慎，确保新环预紧力合适。

3. 大修要点

风机运行一定周期（如2-4年）或出现严重性能下降时，需进行解体检修。

全面检查：测量所有配合间隙（轴承间隙、密封间隙、叶轮与隔板间隙等），检查轴颈、轴瓦、叶轮、密封件、齿轮的磨损、腐蚀或裂纹情况。 转子修复：对弯曲的主轴进行校正或更换；对磨损的轴颈可进行喷涂修复；叶轮进行无损探伤，并进行动平衡校验。 重新装配：严格按照装配工艺手册进行，确保各部位间隙在公差范围内，对中精度达标。装配完成后，应进行机械运转试验，验证振动、温度等指标合格。

五、输送各类工业气体的风机技术考量

在钐提纯乃至整个稀土冶炼中，不同工艺段需要输送不同性质的气体，这对风机提出了特定要求：

空气：最常用。需注意空气中可能含有的粉尘、水分，进口需设高效过滤器。对于用于氧化反应的压缩空气，还需关注出口温度，必要时加后冷却器。 工业烟气：通常温度高、含尘及腐蚀性成分（如SO₂）。风机需采用耐热材料（如锅炉钢），关键部件进行防腐处理（如喷涂镍基合金），并设计有效的清灰和冷却结构。进口需设洗涤或降温装置。 二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar)等惰性或弱活性气体：重点在于密封的严密性，防止气体外泄造成浪费或工艺不稳定。碳环密封是优选。同时，需核算气体分子量不同对风机压头、功率的影响（风机定律：压力与气体密度成正比）。 氧气(O₂)：强氧化性，忌油。风机所有与氧气接触的部件必须进行严格的脱脂处理。润滑系统必须绝对独立，确保无油蒸气渗入气腔。通常采用无油润滑轴承或特殊的密封隔离结构。材料选择上避免使用易燃材料。 氢气(H₂)：密度小、渗透性强、易燃易爆。输送氢气的风机，首要问题是防止泄漏。需采用串联式干气密封或高性能碳环密封。壳体设计需考虑防爆要求。由于氢气密度低，达到相同压比所需的多级叶轮数可能更多，或转速更高。转子动力学设计需考虑轻气体对喘振线的影响。 氦气(He)、氖气(Ne)等稀有气体：通常贵重，要求泄漏率极低。密封要求与氢气类似，极高标准的轴端密封必不可少。风机内腔需清洁干燥，避免污染气体。 混合无毒工业气体：需明确混合气体的组分、比例、平均分子量、绝热指数等物性参数，作为风机设计和选型的依据。同时需考虑各组分对材料的相容性。

通用设计原则：无论输送何种气体，风机设计都需遵循：正确的气动设计以适应气体物性；合理的结构强度与转子动力学设计；针对气体特性的材料选择；与之匹配的高可靠性密封系统；以及安全防护措施（防爆、超温超压保护等）。

六、结论

轻稀土钐(Sm)提纯风机D(Sm)980-1.49作为D系列高速高压多级离心鼓风机在稀土领域的典型应用，其大流量、中等高压力的特点完美契合了规模化钐提纯生产线的工艺需求。深入理解其型号含义、掌握由主轴、叶轮转子、轴瓦轴承、碳环密封等核心部件构成的技术体系，是确保风机高效、长周期稳定运行的基础。同时，针对钐提纯工艺中可能涉及的各种工业气体，风机在选材、密封、防爆、防腐等方面必须进行针对性的设计和处理。建立科学的预防性维护体系，并具备精准的故障诊断与修理能力，是保障生产线连续性的关键。随着稀土材料战略地位的不断提升，对其专用装备:离心鼓风机的可靠性、效率及智能化水平也必将提出更高的要求，这需要风机技术工作者与工艺专家持续地协同创新。

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