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轻稀土钐(Sm)提纯风机D(Sm)862-2.21技术详解

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:稀土矿提纯、离心鼓风机、钐(Sm)提纯、D(Sm)862-2.21、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心风机

引言

在稀土矿产的提取与精炼工艺中,气体输送与分离设备扮演着至关重要的角色。轻稀土元素钐(Sm)的提纯过程,尤其依赖于高效、稳定且能适应特定工况的离心鼓风机。这些风机不仅需要提供精确的气体流量和压力,还需应对稀土生产环境中可能存在的腐蚀性、高温或高粉尘挑战。本文将从风机技术角度,系统阐述应用于轻稀土钐提纯的离心鼓风机基础知识,并重点解析D(Sm)862-2.21型高速高压多级离心鼓风机的技术特性。同时,文章将深入探讨风机核心配件、维护修理要点,并概述在稀土工业中输送各类工业气体的风机选型与应用原则。

一、 稀土提纯工艺与离心鼓风机概述

稀土元素的提纯,特别是轻稀土如钐、钕、镧等的分离,常采用溶剂萃取、离子交换、真空蒸馏或气相传输等工艺。这些工艺环节往往需要大量工业气体(如空气、氮气、氩气等)作为动力源、保护气或反应介质。离心鼓风机凭借其结构紧凑、运行平稳、效率高、调节范围广且输送气体无油污染等特点,成为稀土冶炼厂气体供应系统的核心设备。

针对不同工艺环节的压力和流量需求,发展出了多个系列的专用风机:

“C(Sm)”型系列多级离心鼓风机:通常用于中压、大流量的气体输送场景,如烧结窑炉的助燃风或烟气循环。 “CF(Sm)”与“CJ(Sm)”型系列专用浮选离心鼓风机:专门为稀土矿浮选工序设计,提供稳定气流使矿浆充气,其特性曲线能适应浮选槽液位变化引起的背压波动。 “D(Sm)”型系列高速高压多级离心鼓风机:本文重点,适用于需要较高排气压力的工艺,如钐的真空蒸馏系统中的气体循环增压,或高压气力输送。 “AI(Sm)”型系列单级悬臂加压风机:结构简单,适用于压力需求相对较低、流量适中的点位供气。 “S(Sm)”型系列单级高速双支撑加压风机“AII(Sm)”型系列单级双支撑加压风机:适用于要求高转速、运行稳定性好的中高压场合,转子动力学性能优异。

这些风机可安全输送的气体范围广泛,包括: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)以及各种混合无毒工业气体。选型时必须严格考虑气体成分对材料腐蚀性、密封特殊性以及压缩热效应的影响。

二、 D(Sm)862-2.21型高速高压多级离心鼓风机深度解析

1. 型号命名规则与基本参数解读

D(Sm)862-2.21为例,其型号解码如下:

“D”:代表“D系列高速高压多级离心鼓风机”。该系列风机采用多级叶轮串联结构,通过高速旋转(通常由齿轮箱增速驱动)逐级提升气体压力,能实现单机较高的压比。 “(Sm)”:表明该风机专为或常用于轻稀土元素钐(Sm)的提纯及相关工艺流程优化设计,在材料选择、密封形式或冷却方式上可能考虑了钐生产环境的特定要求。 “862”:表示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%的空气)下的额定体积流量,单位为立方米每分钟。因此,D(Sm)862-2.21的额定流量为862立方米每分钟。这是一个关键的性能参数,直接关联到生产线的处理能力。 “-2.21”:表示风机出口的绝对压力值为2.21个大气压(绝对压力)。根据命名规则,如果压力值前有“-”且无其他标注,通常默认进口压力为1个大气压(绝对压力)。因此,该风机的压升约为1.21个大气压(表压约0.12MPa)。这个压力等级能够满足诸如穿透深厚料层、克服长距离管道阻力或为某些高压反应环节提供气源的需求。

作为对比,参考型号D(Sm)300-1.8,其流量为300立方米每分钟,出口绝对压力为1.8个大气压。

2. 结构与工作原理

D(Sm)862-2.21风机属于多级离心式。其核心工作原理是:驱动电机通过高速齿轮箱(或变频电机直驱)将动力传递给风机主轴,带动风机转子总成高速旋转。转子总成由多个叶轮主轴平衡盘联轴器部件等组成。气体从进气室轴向吸入,进入第一个叶轮,在高速旋转的叶轮叶片作用下获得动能和压力能;流出后经扩压器和回流器将部分动能转化为压力能,并引导气体以合适的角度进入下一级叶轮。如此逐级压缩,最终在末级达到设计压力后,从蜗壳出口排出。

为了适应高压差,该系列风机特别注重:

转子动力学设计:精确的动平衡校正(通常要求达到G2.5或更高精度等级)和临界转速计算,确保转子在工作转速范围内稳定运行,避免共振。 级间效率优化:每级的叶轮、扩压器、回流器均经过气动优化设计,力求高的等熵效率,降低能耗。 轴向力平衡:通常采用平衡盘或平衡活塞结构,利用气压差产生反向推力,平衡大部分由于叶轮前后压差产生的轴向力,剩余轴向力由推力轴承承担。

三、 风机关键配件详解

D(Sm)862-2.21等高压离心风机的可靠运行,离不开一系列精密且耐用的关键配件。对于稀土提纯这类连续生产行业,理解这些配件至关重要。

风机主轴:作为转子的核心承载件,通常采用高强度合金钢(如42CrMo)锻制,经调质处理获得优异的综合力学性能。轴上有安装叶轮、平衡盘、轴承的精密加工部位,其刚度、强度及表面的耐磨耐腐蚀处理直接关系到转子寿命。 风机轴承与轴瓦:高速高压风机常采用滑动轴承(轴瓦)。轴瓦通常以巴氏合金(白合金)为衬层,具有良好的嵌入性、顺应性和抗胶合能力,能有效吸收振动,运行平稳。润滑油系统持续供给清洁、冷却的润滑油,在轴与轴瓦间形成稳定的油膜,实现液体摩擦。轴承箱需设计良好的密封,防止漏油和外部杂质侵入。 风机转子总成:这是风机的心脏,包括主轴、所有级次的叶轮、定距套、平衡盘、锁紧螺母等。叶轮是关键的气动元件,根据输送气体性质(如是否含腐蚀性成分)选用材料,如不锈钢、铝合金或钛合金。制造上多采用精密铸造或五轴铣削,并经过严格的超速试验和无损检测(UT、MT)。 密封系统:这是防止气体泄漏和润滑油污染的关键,尤其在输送昂贵或危险的工业气体时。 气封(级间密封和轴端密封):常用迷宫密封。利用一系列节流齿与轴(或套筒)形成微小间隙,使气体经过多次节流膨胀,有效减少级间泄漏和轴端向大气的泄漏。齿形和间隙设计需精确计算。 碳环密封:在需要更严格密封的场合(如输送氢气、氦气等小分子气体或有毒气体),会采用碳环密封。碳环在弹簧力作用下紧贴轴套,实现接触式密封,泄漏量远小于迷宫密封。但其对轴套硬度、表面光洁度及冷却要求更高。 油封:主要用于轴承箱两端,防止润滑油外泄。常采用唇形密封、机械密封或迷宫式油封的组合形式。 轴承箱:承载转子重量和动态载荷的部件,内装径向轴承和推力轴承。其结构需保证足够的刚性,确保轴承对中良好,并设有油路、测温测振接口。良好的冷却设计(如水冷夹套)能控制轴承温度。

四、 风机维护与修理要点

针对D(Sm)862-2.21这类关键设备,科学的维护和及时的修理是保障稀土生产线连续稳定运行的基础。

1. 日常维护与监测

振动与温度监测:在线监测轴承座振动(速度或加速度值)和轴承温度是预测故障最主要的手段。振动值突然增大或趋势性上升,往往预示转子不平衡、对中不良、轴承磨损或松动。 润滑油系统维护:定期检查油位、油温、油压;按规定周期取样化验润滑油,监测其粘度、水分含量和金属磨粒,及时滤清或更换。 密封检查:监测气体泄漏量和轴承箱呼吸器的排气情况,判断气封和油封状态。 性能监测:记录进口压力、温度、出口压力、流量和电机电流,与初始性能曲线对比,评估风机效率下降情况,判断是否存在内部流道磨损或堵塞。

2. 常见故障与修理

转子不平衡振动:由于叶轮结垢、腐蚀磨损不均或内部异物附着引起。需停机清理叶轮,必要时进行现场或离机动平衡校正。对于D(Sm)862-2.21,平衡校正应在高速平衡机上进行,并安装于自身轴承上进行最终校验。 轴承(轴瓦)磨损:表现为温度升高、振动加剧。需拆检测量轴瓦间隙和接触面。若巴氏合金层磨损、剥落或烧熔,需重新浇铸并机加工,或更换新轴瓦。同时必须彻底检查润滑系统和轴颈状况。 密封失效:迷宫密封齿磨损导致泄漏量增大,或碳环密封磨损过快。需更换密封件,并检查与之配合的轴套或轴的磨损情况,必要时修复或更换。修理后需重新调整密封间隙至设计值。 叶轮腐蚀或磨损:在输送含尘或腐蚀性气体时易发生。轻微磨损可进行堆焊修复并重新加工型线;严重腐蚀或磨损需更换叶轮。修复或更换后必须重新进行转子动平衡。 对中不良:风机与齿轮箱/电机之间联轴器对中偏差超差,导致周期性振动和轴承异常负荷。需使用激光对中仪等精密工具重新找正。

所有修理工作,特别是涉及转子核心部件的拆卸、装配,必须在洁净的环境下,由专业技术人员按照制造厂的装配工艺文件进行,确保各部件的配合间隙(如轴承间隙、气封间隙、叶轮与蜗壳间隙等)完全符合设计要求。

五、 输送工业气体的特殊考量

在轻稀土钐提纯中,风机输送的介质远不止空气。针对不同工业气体,D(Sm)系列及其他系列风机的设计和操作需做特殊调整:

气体密度与压缩机功率:风机所需功率与气体密度大致成正比。输送密度远小于空气的氢气(H₂)氦气(He)时,在相同压比和流量下,功率消耗显著降低,但叶轮做功能力下降,可能需要更高转速或更多级数。反之,输送密度大的气体如氩气(Ar),功率会增大,电机选型需留有余量。 腐蚀性与材料选择:输送氧气(O₂)时,必须禁油,所有流道零件需进行脱脂处理,并采用与氧兼容的材料(如特定不锈钢),防止高速摩擦下引发燃爆。输送含湿二氧化碳(CO₂)工业烟气(可能含硫化物)时,需选用耐腐蚀材料(如316L不锈钢)或进行表面防腐涂层处理。 小分子气体与密封:对于氢气、氦气等分子量小、粘度低、极易泄漏的气体,标准的迷宫密封可能泄漏率过高。必须采用碳环密封、干气密封等更高效的密封形式,并对密封气系统进行专门设计。 安全性:输送氧气需防爆;输送氢气需考虑其爆炸极限和渗透性,电气设备防爆等级和管路密封要求极高;输送氮气、氩气等惰性气体进入密闭空间时,需严防人员窒息风险,应有通风和安全警示。 热力学效应:压缩气体时会产生温升。对于某些敏感气体或在高温下易发生反应的工艺,需计算温升,必要时在级间或出口设置冷却器。D(Sm)862-2.21在设计时已考虑了常用气体的绝热压缩温升。

因此,在选型订购用于输送特定工业气体的风机时,必须向制造商明确提供气体的完整组分、温度、压力、湿度以及是否有杂质(如粉尘、液滴)等信息,以便进行定制化设计。

结论

轻稀土钐(Sm)的现代化提纯生产,离不开像D(Sm)862-2.21这样高性能、高可靠性的专用离心鼓风机的支撑。深刻理解其型号含义、工作原理、核心配件构造以及针对不同工业气体的适应性,是风机正确选型、高效运行和科学维护的基础。通过实施以状态监测为核心的预防性维护,并结合专业的故障诊断与修复技术,可以最大限度地延长风机使用寿命,保障稀土生产线的安全、稳定与高效,从而为我国的战略资源开发与利用做出坚实贡献。作为风机技术人员,不断深化对设备“知其然,更知其所以然”的认识,是驾驭这些复杂动力机械、服务好尖端工业生产的不二法门。

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