重稀土铥(Tm)提纯专用风机技术详解:以D(Tm)1878-2.87型离心鼓风机为核心

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重稀土铥(Tm)提纯专用风机技术详解:以D(Tm)1878-2.87型离心鼓风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土铥提纯、离心鼓风机、D(Tm)1878-2.87、风机配件、风机修理、工业气体输送、稀土分离设备

第一章稀土矿提纯与离心鼓风机技术概述

1.1 重稀土铥(Tm)提纯工艺对风机的特殊要求

重稀土铥作为重要的战略资源，广泛应用于高端电子、激光晶体、核医学及国防科技领域。其提纯过程涉及复杂的化学分离和物理分选工艺，包括浸出、萃取、浮选、跳汰等多个环节。在这些工序中，离心鼓风机承担着提供稳定气源、维持反应压力、输送工艺气体的关键职能。

重稀土提纯环境通常具有以下特点：工艺气体可能含有微量腐蚀性成分；工作压力要求稳定且可调；气体纯度要求高，需防止油污污染；设备需连续长时间运行，可靠性要求极高。这些特殊工况决定了通用型风机无法满足要求，必须研发专用风机系统。

1.2 稀土提纯专用风机系列简介

针对稀土矿提纯的不同工艺环节，我国风机行业已开发出多个专用系列：

“C(Tm)”型系列多级离心鼓风机：适用于中等压力、大流量工况，常用于浸出工序的气体搅拌和氧化反应供气。 “CF(Tm)”型与“CJ(Tm)”型系列专用浮选离心鼓风机：专为浮选工序设计，提供稳定气泡生成所需的气源，气量调节精度高。 “D(Tm)”型系列高速高压多级离心鼓风机：针对高压分离、加压过滤和气体输送环节，是本文重点介绍的类型。 “AI(Tm)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于小型辅助供气系统。 “S(Tm)”型系列单级高速双支撑加压风机：高转速工况下稳定性好，用于特定分离工序。 “AII(Tm)”型系列单级双支撑加压风机：传统可靠设计，用于一般性气体输送。

这些风机可输送的气体种类多样，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)以及混合无毒工业气体，基本覆盖了稀土提纯全过程所需气源。

第二章 D(Tm)1878-2.87型高速高压多级离心鼓风机技术解析

2.1 型号命名规则与参数解读

根据行业标准，稀土提纯专用风机型号采用“系列代号(元素符号)流量-压力”的格式表示。以D(Tm)1878-2.87为例：

“D”：代表D系列高速高压多级离心鼓风机，该系列采用多级叶轮串联结构，通过逐级加压实现高压输出。 “(Tm)”：特指适用于铥(Tm)元素提纯工艺的专用设计，包括材料选择、密封形式和防污染措施的特别考量。 “1878”：表示风机在设计工况下的进口流量为每分钟1878立方米。该流量值是在标准进气条件（温度20°C，相对湿度50%，进气压力为1个标准大气压）下测定的。 “-2.87”：表示风机出口压力为2.87个绝对大气压（即表压1.87公斤力每平方厘米）。按照惯例，如果没有“/”符号分隔进排气压力，则默认进气压力为1个标准大气压。

对比参考型号D(Tm)300-1.8：该风机流量为300立方米每分钟，出口压力1.8个大气压，常用于小型跳汰机配套，而D(Tm)1878-2.87显然适用于更大规模、更高压力的提纯生产线。

2.2 D(Tm)1878-2.87型风机结构与工作原理

D(Tm)1878-2.87采用多级离心式结构，通常包含4-8个离心叶轮串联在同一主轴上。气体从进气室进入第一级叶轮，在高速旋转的叶轮中获得动能和静压能，随后流入扩压器将部分动能转化为压力能，然后进入下一级叶轮继续加压。如此逐级增压，最终在出口达到2.87个大气压的设计压力。

该风机的核心性能特点是：

高压比：通过多级串联实现单台设备的高压输出，避免多台串联的复杂系统。 高转速：采用齿轮增速箱或高速电机直驱，转速可达10000-30000转每分钟，确保单级压比和效率。 宽流量范围：通过进口导叶调节或变速调节，流量可在60%-105%的额定范围内稳定运行，适应工艺波动。 高气体纯度：特别设计的密封系统和无油结构，确保输送气体不被润滑油污染，对铥提纯的纯度保障至关重要。

2.3 关键部件设计与材料选择

针对铥提纯工艺中可能接触的微量酸性气体和湿气，D(Tm)1878-2.87的关键部件进行了特殊设计：

风机主轴：采用高强度合金钢（如42CrMo）整体锻造，经调质处理和精密加工，保证在高速高压下的强度和刚度。轴颈部位表面进行高频淬火或镀铬处理，提高耐磨性。

风机转子总成：包括主轴、叶轮、平衡盘、推力盘等组件。叶轮采用高强度铝合金或不锈钢（如304、316L）焊接或整体铣制而成，动平衡精度达到G2.5级（按国际标准ISO1940），确保高速运转平稳。

气封与碳环密封：级间密封和轴端密封采用迷宫密封与碳环密封的组合设计。碳环密封具有自润滑、耐高温、摩擦系数低的优点，能有效减少气体泄漏，防止外部杂质进入或工艺气体外泄。在输送特殊气体时，碳环材料需进行特殊处理以适应气体特性。

轴承系统与轴瓦：采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，以适应高转速和重载荷。轴瓦通常为剖分式结构，内衬巴氏合金（锡锑铜合金），具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力。轴承箱设计有强制润滑系统，确保油膜稳定形成。

轴承箱与油封：轴承箱为铸铁或铸钢结构，具有足够的刚性和散热面积。油封采用氟橡胶骨架油封或机械密封，防止润滑油泄漏污染工艺气体，这对稀土提纯的纯度要求至关重要。

第三章风机配件系统详解

3.1 核心运转部件

叶轮组：作为能量转换的核心，D(Tm)系列风机叶轮采用后弯式叶片设计，效率高、稳定工作范围宽。叶轮与主轴采用过盈配合加键连接，部分型号采用液压装配技术确保连接可靠性。叶轮需定期进行无损检测（如着色渗透或超声波检测），防止应力腐蚀开裂。

密封组件：包括级间迷宫密封、轴端碳环密封和充气密封。碳环密封由多个碳环片段和弹簧组成，安装在密封腔内，依靠弹簧力实现径向贴合。当输送腐蚀性气体时，可选用浸渍特殊树脂的碳环或采用不锈钢基体碳环。

轴承与润滑系统：滑动轴承的轴瓦间隙需严格控制，通常为轴径的千分之1.2到1.5。润滑油系统包括主油泵、辅助油泵、油冷却器、油过滤器及压力温度监控仪表。润滑油需定期化验，检测粘度、酸值和水含量变化。

3.2 辅助系统配件

进口滤清器：为防止粉尘和杂质进入风机，进口设置高效滤清器，过滤精度通常为10微米。滤芯需定期更换，压差报警值一般设定为1500帕。

进出口消声器：降低风机气动噪声，通常采用抗性消声器和阻性消声器组合形式，使出口噪声低于85分贝（A）。

阀门与管道系统：包括进口导叶调节阀、出口止回阀、放空阀等。进口导叶可实现流量无极调节，节能效果显著。所有阀门与管道连接处采用金属缠绕垫片或石墨垫片密封。

监测仪表：关键监测点包括轴承温度（铂热电阻）、振动（涡流传感器）、轴位移、进出口压力、流量、润滑油压力温度等。信号接入PLC或DCS系统，实现自动报警和连锁停机。

第四章风机维护、修理与故障处理

4.1 日常维护要点

运行监测：每日记录风机振动、轴承温度、油压油温、流量压力等参数，绘制趋势曲线。振动速度有效值不应超过4.5毫米每秒，轴承温度不超过75°C。

润滑管理：每三个月取油样化验，每年或运行4000小时后更换全部润滑油。清洗油箱和油路时，需使用面团粘除杂质，不可使用棉纱。

密封检查：定期检查碳环密封的泄漏情况，轻微泄漏是正常的（用于冷却和润滑），但大量泄漏需停机检查。迷宫密封间隙需每年测量一次，超过设计值1.5倍需更换。

4.2 定期检修内容

小修（每运行6个月）：检查并紧固所有连接螺栓；清洗进口滤清器；检查联轴器对中情况（偏移不超过0.05毫米，角度误差不超过0.05度）；测试安全阀和仪表。

中修（每运行1-2年）：包括小修全部内容；拆卸检查轴承和轴瓦，测量间隙；检查碳环密封磨损情况；清洗润滑油系统；校验所有监测仪表。

大修（每运行4-5年或根据状态监测决定）：包括中修全部内容；完全解体风机；检查叶轮裂纹、腐蚀和磨损；检查主轴直线度（全长不超过0.02毫米）和表面状态；检查气缸和隔板有无变形裂纹；转子重新做动平衡；更换所有密封件和易损件。

4.3 常见故障分析与处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承损坏、喘振等。处理步骤：首先检查对中和地脚螺栓；若无效，停机检查转子平衡和轴承状态；若是喘振（压力流量大幅波动），需调整工况点远离喘振区，检查防喘振阀。

轴承温度过高：可能原因包括润滑油不足或变质、轴承间隙过小、冷却不良、负载过大等。处理：检查油压油位和油质；检查冷却水系统；测量轴承间隙；检查工艺系统是否超压。

性能下降（压力或流量不足）：可能原因包括密封间隙过大、进口滤清器堵塞、转速下降、叶轮磨损或积垢等。处理：检查过滤器和转速；测量各级压力判断故障位置；停机检查密封和叶轮状态。

气体泄漏：轴端泄漏多为碳环密封磨损或弹簧失效，需更换密封。级间泄漏则需检查迷宫密封间隙和气缸中分面密封。

第五章工业气体输送的特别考量

5.1 不同气体的风机设计调整

D(Tm)1878-2.87虽然主要针对空气和一般工业气体设计，但通过材料调整和细节优化，可适应多种气体介质：

氧气(O₂)：所有与气体接触的零件需严格去油脱脂，采用不锈钢材料，禁用电解抛光以防静电积累。密封需采用特殊材料，防止摩擦起火。润滑系统需确保绝对无泄漏。

氢气(H₂)：由于氢气密度小、音速高，叶轮需特殊设计以防止效率下降和喘振提前。密封要求极高，通常采用干气密封或改进型碳环密封。防爆设计符合相应等级要求。

腐蚀性气体（如含少量酸性成分的工业烟气）：与气体接触部分采用耐蚀材料（如316L、2205双相钢）或涂层保护。密封材料选择耐酸型，排水系统需可靠。

惰性气体（He、Ne、Ar等）：主要考虑气体纯度保持，密封系统防止外部空气渗入。材料兼容性一般较好。

5.2 多气体输送系统的配置建议

在稀土提纯生产线中，往往需要多种气体在不同工序使用。建议配置方案：

专用风机原则：对于氧气、氢气等特殊气体，尽量采用专用风机，避免气体混合风险。 共用风机的可行性：对于空气、氮气、氩气等兼容气体，可通过阀门切换共用风机，但必须彻底吹扫管线，防止交叉污染。 材料升级：如果一台风机需要输送多种气体，材料选择需满足最苛刻气体的要求。 监测加强：在多气体系统中，需增加气体成分在线监测，确保气体纯度符合工艺要求。

第六章总结与展望

D(Tm)1878-2.87型高速高压多级离心鼓风机作为重稀土铥提纯生产线的关键设备，其设计充分考虑了稀土提纯工艺的特殊要求：高压稳定供气、气体纯度保障、长期可靠运行及多气体适应性。通过精密的设计、合适的材料选择、严格的制造工艺和科学的维护管理，该型风机能够为铥提纯提供持续稳定的气源保障。

未来，随着稀土提纯技术的不断进步，对风机设备也将提出更高要求：更高的能效指标（可能采用三元流叶轮设计）、更智能的状态监测与故障预测（基于大数据和人工智能）、更广泛的工况适应性（更宽的调节范围）以及更好的环境友好性（更低噪声和泄漏）。这些发展方向也将推动D(Tm)系列风机不断升级迭代，为我国稀土战略资源的开发利用提供更可靠的装备支持。

对于使用单位而言，深入理解风机工作原理、严格遵循操作规程、执行科学的维护计划、培养专业的技术队伍，是确保D(Tm)1878-2.87型风机及其同类设备长期稳定运行、保障稀土提纯生产线连续高效生产的根本所在。

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