轻稀土钐(Sm)提纯专用离心鼓风机基础知识详解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：稀土提纯、离心鼓风机、钐分离、D(Sm)754-3.3型号、风机配件、工业气体输送、风机维修

一、稀土矿提纯工艺与离心鼓风机的作用概述

稀土元素作为现代高新技术产业不可或缺的战略资源，其提纯工艺对装备性能提出了极高要求。在轻稀土钐(Sm)的提取与精制过程中，离心鼓风机承担着气体输送、工艺气体加压、浮选供气等关键职能。钐元素主要存在于氟碳铈矿、独居石等矿物中，经过破碎、焙烧、浸出后，需要通过气体输送系统完成分离、提纯等工序。离心鼓风机在此过程中提供稳定、可控的气流动力，直接影响钐的回收率与产品纯度。

稀土提纯用离心鼓风机与传统工业风机相比，具有以下显著特点：气体介质可能具有腐蚀性（如酸性烟气）、工作压力要求较高（通常1.5-4.0个大气压）、流量调节范围宽、连续运行可靠性要求极高（年运行时间常超过8000小时）。针对这些特殊工况，国内风机企业开发了专用系列产品，形成了完整的“Sm”系列产品线，包括C(Sm)型多级离心鼓风机、CF(Sm)型浮选专用风机、D(Sm)型高压高速风机等多个系列，覆盖了从原料处理到精制提纯的全流程需求。

二、D(Sm)系列高速高压多级离心鼓风机技术特性

D(Sm)系列是专门为稀土提纯高压工况设计的高速多级离心鼓风机，采用多级叶轮串联结构，每级叶轮对气体做功增压，逐级积累达到所需出口压力。该系列风机采用轴向进气、径向出气方式，通过精密计算的多级扩散器将动能高效转化为压力能。设计转速通常在8000-15000转/分钟范围内，采用齿轮增速箱驱动，实现小体积大功率输出。

D(Sm)754-3.3型号的完整技术解读：该型号是专为钐提纯工艺设计的高性能风机。型号中“D”代表高速高压多级离心鼓风机系列；“Sm”表示针对钐提纯工艺的特殊优化设计；“754”表示风机在设计工况下的额定流量为每分钟754立方米；“-3.3”表示出口绝对压力为3.3个大气压（即表压约2.3公斤/平方厘米）。若型号中未标注进口压力值，则默认为标准大气压进气条件。

该型号风机的主要设计参数通常包括：流量范围680-830立方米/分钟（可根据工艺需求调节）、额定出口压力3.3个绝对大气压、设计转速约12000转/分钟、配套电机功率550-650千瓦、工作温度范围-20℃至180℃（取决于密封和润滑系统配置）。在钐提纯工艺中，该风机常置于浸出槽与分离槽之间，提供氧化或还原反应所需的气体压力，或用于输送保护性气体防止钐化合物氧化。

三、D(Sm)754-3.3风机核心部件详解

风机主轴系统：作为传递扭矩和支撑转子的核心部件，D(Sm)754-3.3的主轴采用42CrMoA高强度合金钢整体锻造，经调质处理后硬度达到HB240-280，再进行精密磨削，表面粗糙度Ra≤0.8μm。主轴设计充分考虑了高速旋转下的临界转速问题，工作转速远离一阶和二阶临界转速，确保运转平稳。主轴与叶轮采用过盈配合加键连接的双重固定方式，过盈量经精确计算确保高速下不发生松动。

风机轴承与轴瓦系统：该型号采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，以适应高速重载工况。轴瓦材料为巴氏合金（锡锑铜合金），厚度3-5毫米，浇铸在钢制瓦背上。巴氏合金具有优异的嵌入性和顺应性，能在少量杂质进入润滑油时保护主轴不受损伤。轴瓦间隙控制极其关键，通常控制在主轴直径的0.12%-0.15%范围内，即对于φ120mm主轴，间隙为0.14-0.18mm。润滑油系统提供强制循环润滑，油压维持在0.15-0.25MPa，油温控制在38-45℃之间。

风机转子总成：转子由主轴、多级叶轮、平衡盘、联轴器等组成。叶轮采用高强度铝合金或不锈钢材质，经五轴数控加工中心整体铣制而成，动平衡精度达到G2.5级（残余不平衡量小于2.5毫米/秒）。每级叶轮后设置导流器，将气体有序导入下一级。平衡盘设置在高压端，通过两侧压差产生轴向力，抵消转子的大部分轴向推力，剩余轴向力由推力轴承承担。

密封系统：包括气封、油封和碳环密封三重防护。气封采用迷宫密封结构，在转子和静止部件间形成曲折通道，减少级间气体泄漏；油封采用骨架橡胶密封与机械密封组合，防止润滑油外泄；关键部位采用碳环密封，由多个碳环组成浮动密封系统，既能适应微小径向跳动，又能保持良好密封性能，尤其适用于含有微量腐蚀性气体的工况。

轴承箱与润滑系统：轴承箱为整体铸造结构，材料为HT250灰铸铁，具有良好减振性能。箱体设计确保轴承对中精度长期稳定。润滑系统由主油箱、辅助油泵、油冷却器、双联滤油器等组成，具备油压过低报警、油温过高停机等保护功能。润滑油推荐使用ISO VG46透平油，每运行4000小时或半年需进行油质检测。

四、风机配件选择与管理规范

对于D(Sm)754-3.3这类关键设备，配件管理直接影响运行可靠性和寿命。叶轮备件应保持至少一套完整转子总成，材质必须与原件一致，并经过相同的动平衡检测。轴承轴瓦需备2-3套，安装前需检查巴氏合金层与瓦背结合强度（敲击声清脆无哑声）。密封组件中碳环密封需整套更换，不可单片替换，安装时注意方向标识。

滤清器系统是保障风机长寿命的关键配件，进气过滤器需采用三级过滤（初效、中效、高效），过滤精度最终达到5微米以上，防止稀土粉尘进入流道。油过滤器需定期更换，压差超过0.15MPa时必须更换滤芯。联轴器采用膜片式挠性联轴器，能补偿轴向、径向和角向偏差，备件需检查膜片组有无疲劳裂纹。

振动监测探头作为状态监测的关键配件，建议每两年校准一次，包括涡流位移探头和加速度传感器。润滑油品应储备足够一个换油周期的用量，不同品牌不可混用。特别注意的是，输送特殊气体时，密封材料可能需要调整，如输送氧气时需禁油处理，输送酸性气体时需选用耐腐蚀密封材料。

五、风机常见故障诊断与维修技术

振动异常处理：若风机振动值持续上升超过7.1毫米/秒（ISO10816-3标准报警值），首先检查转子结垢情况。稀土提纯过程中气体可能携带盐类结晶，附着在叶轮上破坏动平衡。需停机进行蒸汽清洗或化学清洗，清洗后必须重新做动平衡。其次检查轴承间隙，磨损超标需更换轴瓦并重新刮研。

轴承温度过高分析：轴承温度超过75℃需密切关注，超过85℃应停机检查。常见原因包括：润滑油粘度不合适（过高或过低）、油路堵塞、轴瓦刮研不良接触面积不足（应≥70%）、轴向力平衡系统失效导致推力轴承过载。维修时应检查平衡盘密封间隙，设计间隙通常为0.20-0.30mm，磨损后不得超过0.50mm。

气量下降压力不足：除检查管网阻力变化外，重点检查迷宫密封磨损情况。级间密封间隙增大导致内泄漏增加，效率下降。维修时需测量各级密封间隙，超过设计值1.5倍时应更换密封条。同时检查进气过滤器压差，压差超过1.2kPa必须更换滤芯，否则流量下降可达15%以上。

碳环密封快速磨损：若碳环寿命显著短于设计值（通常8000小时），可能原因有：气体中含有液态颗粒形成“湿气”工况、转子振动超标、密封冷却气不足。维修时应加装气液分离器，检查振动值，确保密封冷却气压力比密封腔压力高0.05-0.1MPa。

大修周期与标准：D(Sm)754-3.3风机建议每运行24000-30000小时或三年进行一次全面拆解大修。大修内容包括：转子全尺寸检测、叶轮无损探伤（磁粉或渗透检测）、主轴直线度测量（全长≤0.02mm）、所有密封更换、轴承座重新找正。大修后需进行机械运转试验4小时，振动值应稳定在4.5毫米/秒以下。

六、稀土提纯其他专用风机系列简介

除了D系列高压风机，钐提纯工艺还涉及多个专用风机系列：

C(Sm)系列多级离心鼓风机：适用于中等压力（1.3-2.5大气压）大流量工况，如浸出槽曝气、搅拌供气等。采用多级鼓风结构，效率较高，维修相对简便。

CF(Sm)与CJ(Sm)浮选专用风机：专门为稀土浮选工序设计。浮选过程需要稳定、可微调的气流产生合适气泡，这两系列风机具有宽广的平稳工作区间，流量调节精度可达±2%。CF系列侧重耐腐蚀设计，CJ系列侧重节能设计。

AI(Sm)单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于空间受限的改造项目或辅助供气点。悬臂设计避免了内部密封问题，维护简单但压力较低（通常≤1.8大气压）。

S(Sm)单级高速双支撑风机：采用高速直连结构，无齿轮箱，噪声较低。适用于洁净气体输送，如保护性气体循环。

AII(Sm)单级双支撑加压风机：传统可靠设计，轴承寿命长，适合长周期连续运行工况，常用于尾气处理系统。

七、工业气体输送的特殊考量

稀土提纯过程中涉及多种工业气体输送，每种气体对风机有不同要求：

空气输送：最常规工况，但需注意稀土生产环境空气中可能含有酸性成分，标准碳钢材质可能需增加防腐涂层或采用不锈钢材质。

工业烟气输送：通常温度较高（150-300℃），含有SO₂、NOx等腐蚀性成分。风机需采用耐热钢材质（如304不锈钢），密封需耐高温设计，轴承箱需加强冷却。进口需设喷淋降温装置，将气体冷却至风机允许温度以下。

二氧化碳(CO₂)输送：CO₂在高压下密度大，相同体积流量所需功率增加。需重新核算轴功率，电机可能需加大一档。同时注意CO₂遇水生成碳酸的腐蚀问题，气体露点需控制在-20℃以下。

氮气(N₂)、氩气(Ar)等惰性气体：本身无腐蚀性，但纯度要求高时需严格防止润滑油污染。可采用无油螺杆风机或离心风机加高效除油过滤器的组合。密封气需使用同种惰性气体，防止空气渗入污染系统。

氧气(O₂)输送：最高危险等级，所有部件必须禁油处理，包括清洗剂都不可含烃类。叶轮需采用铜合金或不锈钢（特定牌号），避免高速摩擦产生火花。流道内表面需抛光处理，减少积垢可能性。

氢气(H₂)输送：密度极小，相同压力所需压缩功小，但泄漏风险高。需采用双层壳体设计，外壳收集泄漏氢气并导至安全区域排放。轴承密封需特别加强，碳环密封是最常见选择。

氦气(He)、氖气(Ne)等稀有气体：价值高昂，泄漏即经济损失。密封系统需按最高标准设计，通常采用干气密封或多级碳环密封。风机出厂前需进行氦质谱检漏，泄漏率小于1×10⁻⁶帕·立方米/秒。

混合无毒工业气体：需提供准确气体组分，计算平均分子量、绝热指数、压缩系数等参数，重新计算性能曲线。特别注意混合气体是否有冷凝温度交叉点，避免运行时出现凝液。

八、风机选型与工艺匹配要点

针对钐提纯工艺选择风机时，需综合考虑以下因素：首先确定气体介质及其特性（腐蚀性、湿度、洁净度）；其次准确计算工艺所需流量和压力，考虑管网阻力变化预留10-15%余量；然后根据厂房条件决定风机形式（卧式/立式）和驱动方式（电机直驱/齿轮增速）；最后评估运行成本，高效率风机虽然初期投资高，但长期运行节能效果显著。

特别对于D(Sm)754-3.3这类高压风机，选型时需进行轴向力校核计算，确保推力轴承能力足够。还需进行扭振分析，确保转子系统扭转固有频率避开工作转速的±10%范围。安装基础必须单独设置，与厂房结构分离，基础质量应大于风机质量的3-5倍，减少振动传递。

九、未来发展趋势与技术创新

随着稀土提纯工艺向精细化、绿色化发展，离心鼓风机技术也在不断创新：磁悬浮轴承技术逐步应用于高速风机，实现无油全悬浮，特别适合高纯度气体输送；智能控制系统通过实时监测振动、温度、压力等参数，结合算法预测故障，实现预知性维护；三元流叶轮设计技术进一步提高效率，某些新机型效率已超过85%；材料方面，钛合金、陶瓷涂层等新材料开始应用于极端腐蚀工况。

针对钐提纯的特殊需求，未来专用风机将更加模块化设计，便于快速更换易损件；密封技术将向零泄漏目标迈进；远程监控与故障诊断将成为标准配置，减少现场维护人员需求。这些创新将使风机在稀土提纯中发挥更高效、更可靠的作用，为我国稀土产业的发展提供坚实装备保障。

结语

离心鼓风机作为稀土提纯工艺的关键动力设备，其性能直接影响钐等稀土元素的提取效率与产品质量。D(Sm)754-3.3型高速高压多级离心鼓风机凭借其优良的设计和可靠的性能，在钐提纯高压工况中表现出色。正确理解风机结构原理、合理选择配件、科学进行维护维修，是保障风机长周期稳定运行的基础。随着技术进步和工艺发展，专用化、智能化、高效化的风机必将为稀土产业的发展注入新的动力。