轻稀土钐(Sm)提纯风机D(Sm)890-2.49技术解析

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轻稀土钐(Sm)提纯风机D(Sm)890-2.49技术解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：稀土矿提纯、离心鼓风机、轻稀土钐提纯、D(Sm)890-2.49、风机配件、风机修理、工业气体输送

一、前言：稀土提纯工艺中的风机技术核心地位

在稀土矿产的分离与提纯工艺中，气体输送与工艺气体控制是实现高效、高纯度提取的关键环节。作为轻稀土家族的重要成员，钐（Sm）的提纯过程尤为复杂，涉及焙烧、气体分离、浮选、分级等多个工艺环节，每个环节都对气体压力、流量和纯净度有严格要求。离心鼓风机以其高效、稳定、可精确控制的特性，成为稀土提纯生产线中不可或缺的动力心脏。

针对稀土提纯特殊工况，我国风机行业开发了多个专用系列，包括“C(Sm)”型系列多级离心鼓风机，“CF(Sm)”型系列专用浮选离心鼓风机，“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，“AI(Sm)”型系列单级悬臂加压风机，“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等。这些风机可输送空气、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，满足稀土提纯全流程需求。

本文将重点围绕轻稀土钐提纯工艺中核心设备之一的D(Sm)890-2.49型高速高压多级离心鼓风机，深入解析其技术原理、结构特点、配件系统及维修要点，并对工业气体输送的特殊要求进行详细阐述。

二、D(Sm)系列高速高压多级离心鼓风机基础原理

2.1 离心鼓风机工作原理

离心鼓风机的工作原理基于叶轮高速旋转产生的离心力。当电机驱动风机主轴旋转时，固定在主轴上的叶轮随之高速转动，叶轮内的气体在离心力作用下被加速甩向叶轮外缘，经蜗壳收集后以较高压力和速度排出。在此过程中，气体的动能部分转化为压力能，实现气体加压输送。根据能量守恒定律，风机对气体所做的功等于气体机械能的增加量，具体表现为压力升高和流速增加。

多级离心鼓风机通过串联多个叶轮，使气体逐级加压，每级叶轮都能提高气体压力，最终实现较高的出口压力。这种结构特别适合稀土提纯工艺中需要中等流量、较高压力的工况。

2.2 型号命名规则解析

以D(Sm)890-2.49为例，按照行业标准命名规则：

“D”：表示该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机。 “(Sm)”：表示该风机专为轻稀土元素钐（Sm）的提纯工艺设计或优化，在材料选择、密封方式、耐腐蚀性等方面有特殊考量。 “890”：表示风机在设计工况下的额定流量为每分钟890立方米（m³/min）。这是风机最重要的性能参数之一，直接关系到工艺系统的气体供应能力。 “-2.49”：表示风机出风口压力为2.49个大气压（表压），即相对于标准大气压（101.325 kPa）的增压值为约150 kPa（2.49-1=1.49个大气压表压）。此压力值是根据钐提纯工艺中特定设备（如跳汰机、浮选柱等）的气体需求确定的。 进风口压力默认值：按照命名惯例，若型号中未用“/”符号特别标注进风口压力，则默认进风口压力为1个标准大气压（绝对压力）。

作为对比，型号D(Sm)300-1.8表示：D系列、钐提纯用、流量300 m³/min、出口压力1.8个大气压（表压0.8 bar）、进口压力默认1个大气压的风机。

三、D(Sm)890-2.49风机详细技术说明

3.1 设计参数与性能特点

D(Sm)890-2.49专为轻稀土钐提纯工艺中的气体输送和工艺气源环节设计。钐提纯常涉及高温焙烧后尾气的输送、浮选工艺中的充气搅拌、以及保护性气体（如氮气、氩气）的循环等。该型号风机在设计上兼顾了以下特点：

中等流量高压比：890 m³/min的流量可满足中型稀土提纯生产线的需求，2.49的出口压力（绝对压力）能够克服工艺系统阻力，确保气体有效送达各用气点。 适应复杂气体成分：针对稀土提纯过程中可能接触的腐蚀性、高温或含微量粉尘气体，风机的过流部件（叶轮、蜗壳、进气室等）采用抗腐蚀合金或特殊涂层处理。 高运行效率：采用高效后弯式叶轮设计，流道经过CFD优化，确保在设计点附近具有较高的绝热效率，降低能耗。 稳定运行范围宽：通过精心设计叶轮和扩压器，拓宽了风机的稳定工作区间，避免在小流量时发生喘振，在大流量时发生阻塞，适应工艺负荷的波动。

3.2 核心结构组件详解

D(Sm)890-2.49作为高速高压多级离心鼓风机，其结构复杂，精度要求高。主要核心组件包括：

1. 风机主轴：
主轴是传递动力的核心部件，承载着所有旋转零件的重量和扭矩，同时承受气体力引起的弯矩。D(Sm)系列主轴通常采用高强度合金钢（如42CrMo）整体锻制而成，经过调质处理以获得优良的综合机械性能。所有轴承档、叶轮装配段都经过精密磨削，保证严格的同心度和圆柱度。主轴设计需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：
转子总成是风机的“心脏”，由主轴、多级叶轮、平衡盘（或鼓）、定距套、锁紧螺母等组成。叶轮是能量转换的核心，D(Sm)890-2.49通常采用焊接或铆接工艺制造的闭式叶轮，材料根据输送气体性质可能为不锈钢（如304、316L）或铝合金。每级叶轮在装配前都经过单独的动平衡校验（G2.5级或更高），整个转子装配完成后，必须进行高速动平衡，将残余不平衡量控制在极低范围内（通常要求振动速度低于2.8 mm/s），以确保高速运行的平稳性。平衡盘用于平衡转子因多级叶轮产生的巨大轴向推力。

3. 风机轴承与轴瓦：
对于高速重载的D系列风机，滑动轴承（轴瓦）因其承载能力强、阻尼性能好、运行平稳而成为首选。轴承通常采用剖分式结构，便于安装维护。轴瓦衬里材料多为巴氏合金（锡基或铅基），这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，即使有少量杂质进入油膜或轻微对中不良，也能避免划伤轴颈。润滑油通过供油系统连续供给，形成稳定的动压油膜，将旋转的轴颈“浮起”，实现液体摩擦。轴承座内通常安装有温度传感器和振动传感器，实时监控运行状态。

4. 轴承箱：
轴承箱是容纳和支撑轴承的部件，为轴承提供精确的定位和可靠的润滑环境。其结构需具有足够的刚度，防止在运行中变形影响对中。轴承箱与机壳之间通常有隔热设计，减少机壳内高温气体向轴承的热传递。轴承箱上下盖结合面、以及与机壳的结合面都经过精密加工，并采用可靠的密封，防止润滑油泄漏和外部污染物进入。

5. 密封系统：
密封系统对于维持风机内部气流通路、防止气体泄漏和油污染至关重要。主要包括：

气封（迷宫密封）：安装在机壳与转子之间，用于隔离相邻两级叶轮的不同压力腔，或减少高压气体向大气的泄漏。它由一系列环形齿片和对应的腔室组成，气体通过狭窄的间隙时产生节流效应而降压，实现密封。材料常选用铝或铜合金，以防与转子碰擦时产生火花。 碳环密封：在输送特殊气体（如氧气、氢气）或要求极低泄漏的场合，轴端密封可能采用碳环密封。它由多个预紧力的碳环组成，在弹簧作用下与轴套保持紧密贴合，实现接触式密封。碳材料具有自润滑性，摩擦系数低，耐磨性好。油封：安装在轴承箱两端，防止润滑油沿轴颈向外泄漏。通常采用骨架油封或机械密封。对于高速风机，双唇口骨架油封或复合式密封更为常见。

6. 机壳与进气排气室：
机壳（蜗壳）收集从叶轮出来的气体，并将其动能进一步转化为压力能。D(Sm)系列为多级风机，机壳通常为水平剖分式，将所有级的蜗壳铸造或焊接为一体，便于转子整体的装入和取出。进气室和排气室引导气体平稳进入第一级叶轮和从最后一级蜗壳排出，其型线设计对风机效率和噪声有重要影响。

四、风机配件系统与维护策略

4.1 关键易损配件清单

为保证D(Sm)890-2.49风机的长期稳定运行，必须关注以下关键配件，并做好库存管理：

轴承与轴瓦：巴氏合金轴瓦是定期检查更换件。需关注合金层厚度、磨损情况及与轴颈的贴合度。 密封组件：迷宫密封齿片、碳环密封环、各种规格的O型圈、骨架油封等。密封失效是导致性能下降和污染的常见原因。 润滑系统配件：油过滤器滤芯、油泵易损件、油冷却器密封垫、油管路接头等。 仪表与传感器：轴承温度PT100热电阻、振动速度传感器、压力变送器、压差开关等。精准的仪表是状态监测的基础。 联轴器部件：膜片联轴器的膜片组、螺栓螺母；齿式联轴器的齿轮套、密封圈等。

4.2 风机修理与故障排除

风机修理必须由专业人员在充分理解结构和原理的基础上进行。

1. 定期检修项目：

日/周检：检查油位、油温、油压；监听运行声音；记录振动和温度数据。 月/季检：清洗或更换油过滤器；检查联轴器对中情况；紧固地脚螺栓和连接螺栓。 年度大修：这是最全面的检修。需拆解风机，检查内容包括：测量轴瓦间隙和接触情况；检查迷宫密封间隙；检查叶轮有无磨损、腐蚀或积垢；检查主轴有无弯曲或损伤；检查所有静止部件的腐蚀和结垢情况；彻底清洗油路系统，更换润滑油。

2. 常见故障与处理：

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（重新校正对中）、轴承损坏（更换轴承）、基础松动（紧固并检查基础）、喘振（检查系统阻力，调整运行点）。 轴承温度过高：可能原因包括润滑油量不足或变质（检查油系统，换油）、轴承间隙过小（调整或更换轴瓦）、冷却不良（检查冷却水系统）、载荷过大（检查系统是否堵塞）。 风量或压力不足：可能原因包括转速下降（检查电机和电源）、进口过滤器堵塞（清洗或更换滤芯）、密封间隙过大（更换密封）、叶轮磨损或脏污（清洗或更换叶轮）。 润滑油泄漏：检查油封是否老化损坏、轴承箱结合面密封是否失效、回油管路是否畅通。

3. 大修后重新装配要点：

清洁：所有零件必须彻底清洗干净。测量：所有关键配合尺寸（如轴瓦间隙、密封间隙、叶轮与机壳间隙）必须在装配前和装配后测量并记录，确保符合图纸要求。对中：电机与风机、风机各部件之间的对中是装配的核心，必须使用百分表等精密工具进行精细调整。平衡：更换叶轮或进行过影响转子平衡的维修后，必须重新进行转子动平衡。

五、稀土提纯工艺中的工业气体输送特殊性

稀土提纯，尤其是钐的提取，涉及多种工业气体，对输送设备提出了特殊要求。不同系列风机正是为适应这些要求而开发。

5.1 可输送气体类型及对应风机考量

空气：最常用的气体，用于浮选充气、物料输送等。C(Sm)、CF(Sm)、CJ(Sm)系列浮选风机主要针对空气设计，注重流量调节范围和抗潮湿能力。 工业烟气：来自焙烧炉，可能含有SO₂、HF等腐蚀性成分及粉尘。风机需采用耐蚀材料（如双相不锈钢），过流部件设计需考虑防磨，并易于清灰。进气口需加强过滤。 二氧化碳（CO₂）、氮气（N₂）、氩气（Ar）：常用于惰性气氛保护或特定化学反应。这些气体分子量大于空气，风机所需功率会变化，设计时需重新计算性能曲线。密封要求高，防止空气渗入影响气体纯度。AII(Sm)、S(Sm)系列加压风机常用于此类场景。 氧气（O₂）：氧化性极强，所有与氧气接触的部件必须采用禁油设计，并进行严格的脱脂处理。材料需选用铜合金、不锈钢等不易发生氧化燃烧的材料。运转部件间避免可能产生火花的摩擦。AI(Sm)系列单级风机常用于纯氧输送。 氢气（H₂）、氦气（He）、氖气（Ne）：分子量极小，密度低。输送这类气体时，风机产生的压比较低，而体积流量大。叶轮设计需特殊考虑，同时密封要求极高，防止贵重或危险气体泄漏。高速单级风机如S(Sm)系列可能适用。 混合无毒工业气体：成分复杂，需明确其平均分子量、绝热指数、湿度、腐蚀性等物化参数，作为风机设计和选型的依据。

5.2 针对钐提纯工艺的风机选型建议

焙烧尾气输送：可选D(Sm)系列，因其高压可克服后续净化系统阻力。材料需升级为耐高温耐腐蚀型。 浮选充气：CF(Sm)、CJ(Sm)系列是专为浮选工艺优化的，其性能曲线能很好地匹配浮选机对气量微调、压力稳定的要求。 保护性气体循环：若压力要求高，可选D(Sm)系列；若压力要求中等但纯度要求极高，可选AII(Sm)系列并配以高性能密封。 物料风送：根据物料特性、输送距离和提升高度计算所需压力和流量，通常AII(Sm)或S(Sm)系列可满足。

六、结论

D(Sm)890-2.49型高速高压多级离心鼓风机作为轻稀土钐提纯工艺流程中的关键动力设备，其技术含量高、结构复杂、运行要求严格。深入理解其型号含义、工作原理、核心组件构成以及配件维修要点，是保障稀土生产线连续、稳定、高效运行的基础。

随着稀土产业对提纯效率和环保要求的不断提高，对配套风机的性能、可靠性及智能化水平也提出了更高要求。未来，稀土提纯专用风机将朝着更高效率、更宽稳定工况范围、更完善的在线监测与故障诊断系统、以及更适应极端工艺气体条件的方向发展。作为风机技术人员，我们需不断学习新技术、新工艺，将设备维护与管理做到精益求精，为我国稀土战略资源的开发与利用保驾护航。

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