轻稀土钐(Sm)提纯风机D(Sm)1625-2.24技术解析与应用

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轻稀土钐(Sm)提纯风机D(Sm)1625-2.24技术解析与应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钐(Sm)提纯风机，离心鼓风机，D(Sm)1625-2.24，稀土矿提纯，风机配件修理，工业气体输送，多级离心鼓风机，轴瓦轴承，碳环密封，气封油封

一、引言：稀土矿提纯工艺中的风机技术概述

稀土元素，尤其是轻稀土中的钐(Sm)，在现代高新技术产业中具有不可替代的战略价值。钐元素广泛应用于永磁材料、核工业控制棒、激光晶体及微波器件等领域。其提纯过程涉及焙烧、浸出、萃取、沉淀和煅烧等多个高温、高压及腐蚀性环境环节，对气体输送设备的可靠性、稳定性和耐腐蚀性提出了极高要求。离心鼓风机作为提纯流程中提供氧化、流化、输送及尾气处理动力的核心装备，其性能直接影响产品纯度、能耗及生产效率。

我国稀土矿提纯专用风机经过数十年发展，已形成多个针对性系列，包括“C(Sm)”型系列多级离心鼓风机、“CF(Sm)”/“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)”等单级加压风机，可适配空气、工业烟气、二氧化碳、氮气、氧气、氦气、氖气、氩气、氢气及多种混合无毒工业气体的输送需求。

本文将聚焦于轻稀土钐(Sm)提纯风机中的高压核心机型:D(Sm)1625-2.24，系统阐述其技术原理、结构特性、配件构成、维护修理要点，并探讨其在工业气体输送中的特殊设计与应用规范。

二、D(Sm)系列高速高压多级离心鼓风机基础原理

1. 离心鼓风机在稀土提纯中的作用

在钐提纯流程中，风机主要承担四大功能：

氧化焙烧供风：向焙烧炉提供充足、稳定的高压空气，确保稀土精矿充分氧化分解。 流化床动力源：在流态化焙烧或反应中，形成均匀气流床层。 工艺气体输送：输送氮气、氩气等保护性气体或特定反应气体。 尾气与烟气处理：为除尘、脱硫及废气回收系统提供动力。

2. D系列高速高压多级离心鼓风机的设计特点

D系列属于多级离心式鼓风机，通过多级叶轮串联，在高速转子驱动下，气体逐级获得动能并经扩压器、回流器转换为静压，最终实现较高压升。其“高速高压”特征体现在：

转速高：通常采用齿轮箱增速或高速电机直驱，转速可达每分钟数千至数万转。 级数多：根据压力需求，常配置4至10级叶轮，每级压升适中，总效率较高。 结构紧凑：轴向尺寸相对较小，适用于空间有限的工艺流程。 气体适应性广：通过材质与密封的针对性设计，可处理多种腐蚀性、高危或高纯度气体。

3. 型号命名规则解读

以D(Sm)1625-2.24为例：

“D”：代表D系列高速高压多级离心鼓风机。 “(Sm)”：表示专为轻稀土钐提纯工艺适配设计，在材质、密封、冷却等方面有特殊考量。 “1625”：表示风机在设计工况下的进口流量为每分钟1625立方米。该流量是依据钐提纯生产线规模（如焙烧炉容量、反应器尺寸）经严格计算选定的关键参数。 “-2.24”：表示风机出口气体压力为2.24个标准大气压（绝压）。若无“/”及后续数字，则表示进口压力为标准大气压（1 atm）。此压力值是为满足特定工艺环节（如穿透矿料层阻力、维持流化床稳定）所需的最小压头。

同系列参考型号D(Sm)300-1.8则表示：流量为300立方米每分钟，出口压力为1.8个大气压，通常用于较小规模或配套跳汰机等选矿设备。

三、轻稀土钐(Sm)提纯风机D(Sm)1625-2.24详细技术说明

1. 设计工况与性能参数

介质：主要为空气，也可根据工艺段需求设计为输送氮气（N₂）等惰性保护气体。 进口条件：标准大气压（1 atm），温度通常为常温（20℃），可根据进气管路情况微调。流量：1625 m³/min（进口状态），允许在一定范围内调节（如通过进口导叶或转速调节）。 出口压力：2.24 atm（绝压），压升约为1.24个大气压。 轴功率与驱动：依据风机效率（通常多级风机可达78%-85%）计算轴功率，配套电机功率需留有一定余量，通常采用10kV高压异步电机或同步电机，通过齿轮增速箱驱动风机主轴。 冷却方式：由于压缩过程会产生热量，D(Sm)1625-2.24通常采用级间冷却（内置冷却盘管）或缸体夹套水冷，确保气体温升在可控范围内，避免影响工艺或设备安全。

2. 关键结构与配件解析

D(Sm)1625-2.24作为多级风机，其核心结构自上而下包括：

（1）风机主轴

采用高强度合金钢（如42CrMo）整体锻制，经调质热处理，具有优异的综合机械性能和抗疲劳强度。精密加工确保各轴段（安装叶轮、轴承、齿轮联轴器处）的同心度、圆柱度及表面光洁度。设计时进行严格的临界转速计算，确保工作转速远离一阶和二阶临界转速，避免共振。

（2）风机转子总成

由主轴、多级叶轮、定距套筒、平衡盘（或鼓）、锁紧螺母等组成。叶轮：是核心做功部件。针对钐提纯环境中可能存在的微尘及弱腐蚀性，常采用不锈钢（如304、316）或高强度铝合金材料。叶型为三元后弯式，效率高、工况范围宽。每个叶轮在装配前都经过单独动平衡校正。 平衡盘：安装在高压端，利用气压差产生轴向力，抵消转子因各级叶轮压差产生的巨大轴向推力，大大减轻推力轴承的负荷。整个转子总成在组装完成后，必须进行高速动平衡（G2.5级或更高），确保在工作转速下振动值优于国际标准ISO 1940要求。

（3）轴承与轴瓦

D系列高速风机常采用滑动轴承（轴瓦），因其承载能力大、阻尼性能好、适于高速运行。 径向轴承：通常为椭圆瓦或可倾瓦轴承，能有效抑制油膜振荡，运行稳定。 推力轴承：米切尔式或金斯伯里式，与平衡盘协同工作，承受残余轴向力。 轴瓦材料：采用巴氏合金（锡锑铜合金）衬层，具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力。润滑油系统必须保持纯净、恒温、恒压，确保油膜形成。

（4）密封系统
密封是防止气体泄漏、润滑油污染及外界杂质进入的关键，对于维持风机性能和安全至关重要。

气封与油封： 气封（级间密封与端密封）：通常采用迷宫密封。在转子上加工成套齿，与固定部件上的蜂窝或密封片形成一系列节流间隙，极大增加流动阻力，减少级间泄漏和轴向泄漏。油封：安装在轴承箱两端，防止润滑油沿轴外泄。常用形式为迷宫式与骨架油封的组合，或采用更先进的磁性油封。 碳环密封：在输送特殊气体（如氢气、氧气）或要求零泄漏的场合，会采用碳环密封作为轴端密封。由多个分裂式石墨环在弹簧力作用下抱紧主轴，形成径向密封。石墨具有自润滑、耐高温、化学稳定性好的特点。对于D(Sm)1625-2.24，若输送介质为空气，常规迷宫密封即可满足；若涉及高纯度或危险气体，则需评估采用碳环密封或干气密封的必要性。

（5）轴承箱与缸体

轴承箱：独立于气缸，支撑转子并容纳轴承。设有观察窗、测温测振探头接口、油封等。刚性足，保证对中精度。 气缸（机壳）：水平剖分式结构，便于安装和检修。由铸铁或铸钢制成，设计有进、出气口、级间抽加气口、冷却水夹套、排水孔等。内壁流道光滑以减小损失。

3. 配套系统简介

润滑系统：独立的强制油站，包括油箱、油泵、双联过滤器、油冷却器、蓄能器、阀门及监控仪表（压力、温度、流量），确保轴承和齿轮（如有）得到充分润滑和冷却。 控制系统：集成防喘振控制、负荷调节（进口导叶或转速调节）、联锁保护（超温、超振、低油压、喘振）等功能，确保风机安全、高效、自动运行。

四、风机配件维护与修理要点

钐提纯生产线连续性强，风机非计划停机代价高昂。因此，实施以预防为主的精准维护和快速修理至关重要。

1. 日常巡检与监测

振动监测：使用在线振动监测系统，跟踪轴承座处的振动速度、位移值及频谱。频谱分析能早期发现转子不平衡、对中不良、轴承磨损、叶片结垢等故障。 温度监测：重点监控轴承温度（巴氏合金软化点约120℃）、润滑油进回油温度、缸体温度。 性能监测：定期记录流量、压力、电流等参数，与设计曲线对比，判断效率是否下降（可能由内泄漏增大或流道结垢引起）。

2. 关键配件检修周期与标准

轴瓦： 检查周期：建议每运行12-18个月或振动值异常时开箱检查。 检修标准：巴氏合金层无剥落、裂纹、烧灼（发黑）痕迹。磨损厚度不超过原厚度的1/3。轴颈与轴瓦接触角为60°-90°，接触点均匀。顶间隙、侧间隙符合设计图纸要求，通常顶间隙为轴颈直径的千分之1.2至1.5。 转子总成： 动平衡：每次大修（一般3-5年）或更换叶轮、主轴修复后，必须进行高速动平衡。 叶轮检查：重点检查叶片进口边缘有无磨损、腐蚀或附着物，焊缝有无裂纹。叶片与轮盘、轮盖的连接应牢固。 主轴检查：进行磁粉探伤或超声波探伤，检查有无裂纹；测量各轴段径向跳动、轴颈圆度与圆柱度。 密封系统： 迷宫密封：检查密封齿是否磨损、倒伏，间隙是否超标（通常为转子直径的千分之2至3）。超标需更换密封体或镶条。 碳环密封：检查石墨环磨损量、弹簧弹力。磨损严重或出现裂纹必须整套更换。 气封与油封：检查固定是否松动，唇口是否老化开裂。

3. 常见故障与处理

振动超标：原因：转子积垢（需清洗）、动平衡失效（重做平衡）、对中不良（重新对中）、基础松动（紧固）、轴承损坏（更换）、喘振（调整工况）。处理：结合频谱分析定位原因，针对性处理。 轴承温度高：原因：润滑油量不足或油质差（换油、滤油）、冷却器效果差（清洗）、轴承间隙过小或过大（调整）、负载过大（检查工艺）。 性能下降（压力、流量不足）：原因：进口过滤器堵塞（清洗）、密封间隙过大（调整或更换）、叶轮磨损或腐蚀（修复或更换）、转速下降（检查驱动）。 气体泄漏：原因：轴端密封损坏（更换密封）、缸体中分面或法兰面密封垫失效（更换垫片、紧固螺栓）。

4. 大修流程概述

准备工作：切断电源、介质，排空润滑油，办理安全作业票。解体：按顺序拆除联轴器罩壳、管道、仪表探头、上缸盖、转子等。 清洗检查：所有零件彻底清洗，仔细检查测量并记录。 修理更换：根据检查结果，修复或更换不合格零件（如喷涂修复轴颈、更换新轴瓦、补焊叶轮等）。 回装与对中：按逆序回装，严格控制各部间隙。转子与电机/齿轮箱重新进行精密对中（激光对中仪）。试车：单试油站，然后点动、低速跑合，逐步升速至额定，监测振动、温度等参数，进行性能测试。

五、输送工业气体的特殊考量与风机选型

稀土提纯过程中，不同阶段需要输送不同特性的工业气体，这对风机设计提出了差异化要求。

1. 各类气体的输送要点

空气：最普遍，注意过滤粉尘，防止叶轮磨损和结垢。 工业烟气：高温、含尘、可能具有腐蚀性。需采用耐热钢（如15CrMo），设置有效的除尘前处理（如旋风+布袋），缸体加强冷却，考虑防腐涂层。 二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar)：惰性或弱活性气体。重点在于密封的严密性，防止泄漏造成纯度下降或成本损失。可采用碳环密封或干气密封。 氧气(O₂)：强氧化性，忌油。必须采用全无油设计：压缩腔无润滑油接触（采用迷宫密封或干气密封），轴承润滑油腔与气腔之间必须有可靠的隔离密封（如双端面机械密封充氮气保护）。所有与氧气接触的零件需进行严格脱脂处理。 氢气(H₂)：密度小、易泄漏、易燃易爆。设计时注重： 防泄漏：采用高级别密封（如干气密封），外壳防静电接地。防爆：电机、仪表选用防爆型。 材料防氢脆：选用奥氏体不锈钢等抗氢脆材料。 氦气(He)、氖气(Ne)：稀有气体，价值高。核心要求是极低的泄漏率，密封系统设计最为关键。 混合无毒工业气体：需明确成分比例，核算平均分子量、绝热指数、腐蚀性等物性参数，作为风机气动设计和材质选择的依据。

2. 针对不同气体的风机系列选择

C(Sm)/CF(Sm)/CJ(Sm)系列：多用于浮选、搅拌等中低压供气场景，压力需求一般低于1.2 atm。 D(Sm)系列（如本文主角）：适用于焙烧、流化床、气力输送等需要较高压升的工艺环节，是钐提纯高压段的主力机型。 AI(Sm)/S(Sm)/AII(Sm)系列单级加压风机：适用于在现有管网基础上进行局部增压，或作为特定反应器的循环风机。结构相对简单，维护方便。

选型核心步骤：

确定工艺参数：介质成分、进口压力温度、所需流量、出口压力。 核算气体性质：计算压缩因子、绝热指数、声速等。 初选机型与系列：根据压比和流量范围，从性能曲线上选择候选型号。 材质与密封确定：依据气体腐蚀性、危险性、纯度要求，确定接触介质的材质（不锈钢、特殊合金、涂层）和密封形式（迷宫、碳环、干气密封）。 驱动力案与辅机确认：确定电机功率、转速、调速方式，选配润滑系统、冷却系统、控制系统及安全附件。 特殊认证：如输送氧气需符合《氧气站设计规范》等相关强制标准。

六、结论

轻稀土钐(Sm)提纯风机D(Sm)1625-2.24作为高速高压多级离心鼓风机的典型代表，其1625立方米每分钟的流量和2.24个大气压的出口压力设计，精准匹配了规模化钐提纯生产线的气动需求。其高可靠性的转子总成、精密的滑动轴承（轴瓦）系统、有效的迷宫密封与可选的碳环密封设计，共同保障了在连续、稳定、高效的运行。

深入理解其结构原理，掌握风机主轴、轴瓦、转子、气封油封、轴承箱等关键配件的维护检修技术，是预防故障、延长寿命、保障生产顺行的基础。同时，必须认识到输送不同工业气体（从空气到氢气、氧气等）时，在材质选择、密封等级、防爆安全等方面存在显著差异，这就要求技术人员在设备选型、日常操作和维护中具备高度的专业性和针对性。

随着稀土产业向高端化、绿色化、智能化发展，对提纯装备的效率、可靠性和适应性提出了更高要求。未来，风机技术也将朝着更高效率（如优化气动模型）、更智能监测（基于物联网的预测性维护）、更宽泛的工况适应性以及更低的生命周期成本持续演进，为保障国家战略资源的安全与高效利用提供坚实支撑。

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