重稀土铥(Tm)提纯专用风机技术详述与应用

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重稀土铥(Tm)提纯专用风机技术详述与应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土铥提纯、离心鼓风机、D(Tm)1291-2.70、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心风机、稀土冶炼气体输送

引言：稀土提纯与离心鼓风机的重要性

稀土，尤其是重稀土元素如铥(Tm)，是现代高科技产业不可或缺的战略资源，广泛应用于永磁材料、激光晶体、核医学及超导技术等领域。重稀土铥的提取与提纯过程复杂且苛刻，涉及焙烧、酸溶、萃取、沉淀、煅烧等多个化工单元操作。在这些工艺环节中，离心鼓风机作为提供洁净、稳定、特定压力和流量气源的关键动力设备，其性能直接关系到生产线的效率、产品质量及能耗水平。特别是对于铥的深度分离与高纯化过程，往往需要风机在特定压力下，精确输送空气、氮气、氢气或特定混合气体，以完成流态化、气力输送、气氛保护或反应气体供给等任务。因此，针对重稀土铥提纯工艺专门设计或适配的离心鼓风机，具有高技术含量和特殊要求。

本文将以重稀土铥(Tm)提纯专用风机:D(Tm)1291-2.70型高速高压多级离心鼓风机为核心，系统阐述其技术基础，并对风机关键配件、维护修理要点，以及在稀土冶炼中输送各类工业气体的风机选型与应用进行深入说明。

第一章：重稀土铥提纯专用风机系列概述

在稀土冶炼行业，根据不同的工艺环节（如浮选、焙烧、萃取、产品输送等）和气体介质要求，发展出了一系列专用的离心鼓风机型号。这些型号通常以系列代号结合元素符号“(Tm)”来标识其专用性。

“C(Tm)”型系列多级离心鼓风机：通常为常规多级鼓风机，适用于提纯流程中早期和中段对压力要求相对平缓、流量稳定的气体输送场合，如向反应釜内提供均匀的搅拌或氧化空气。 “CF(Tm)”与“CJ(Tm)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门为稀土矿浮选工艺设计。浮选过程需要大量、稳定、压力适中的空气产生气泡，以分离矿物。此类风机强调流量稳定性和运行经济性，结构上可能针对含湿、含微尘的空气进行优化。 “D(Tm)”型系列高速高压多级离心鼓风机：本文重点型号所属系列。该系列风机采用高转速设计，通过多级叶轮串联获得较高的压升，是重稀土铥提纯后期工序（如高纯氧化铥煅烧、特定气氛保护输送）的核心设备，用于满足高压头、精确流量控制的需求。 “AI(Tm)”、“S(Tm)”、“AII(Tm)”型系列单级加压风机： “AI(Tm)”型为单级悬臂式结构，结构紧凑，适用于中低压、中小流量的气体增压。 “S(Tm)”型为单级高速双支撑结构，转速高，单级即可产生较高压比，适用于对体积和效率有较高要求的环节。 “AII(Tm)”型为单级双支撑（传统）结构，坚固可靠，适用于中等参数的稳定气源供应。

这些系列风机均可根据工艺需求，定制材质与密封，以安全输送包括空气、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)及混合无毒工业气体在内的多种介质。

第二章：核心机型详解:D(Tm)1291-2.70高速高压多级离心鼓风机

重稀土铥(Tm)提纯专用风机 D(Tm)1291-2.70是该系列中的典型高压机型，其型号解读蕴含着关键的技术参数。

“D”：代表D系列，即高速高压多级离心鼓风机。 “(Tm)”：明确标示该风机为铥(Tm)元素提纯工艺专用或适配型号，其设计考量了铥提纯工艺中的特定气体条件和安全要求。 “1291”：表示风机在设计工况下的进口体积流量，单位为立方米每分钟(m³/min)。即该风机每分钟可输送1291立方米的指定气体（在进口标准状态下）。这是选型时匹配工艺需求的核心参数之一。 “2.70”：表示风机的出口绝对压力（或压比）。根据行业惯例，此数值代表出口绝对压力为2.70个标准大气压（atm）。若换算为表压（即高出环境大气压的部分），则约为1.70 atm（或约0.172 MPa）。这个压力值是为满足诸如穿透深厚料层进行流态化、长距离气力输送高纯粉末，或维持高压反应容器内特定气氛等高压需求而设计。 压力基准说明：型号中“-2.70”直接表示出口压力。根据参考信息，如果未特殊标注，默认进口压力为1个标准大气压。因此，该风机的总压升（压比）即为2.70。

技术特点与性能要求：

高转速与多级叶轮：为实现2.70的高压比，D(Tm)1291-2.70采用齿轮增速箱驱动，使转子达到每分钟数千甚至上万转的高速。转子由多个精密加工的叶轮串联构成，气体每经过一级叶轮，其压力和速度均得到一次提升，经扩压器和回流器导流后进入下一级，最终汇集输出。 气体适应性：针对铥提纯可能使用的惰性保护气（如N₂、Ar）、还原性气体（如H₂）或特殊工艺气体，风机的通流部件（叶轮、蜗壳、隔板）需选用相应的抗腐蚀、防氢脆材料，例如不锈钢316L、双相钢或更高等级的合金。 高精度与稳定性：高纯铥的生产要求气体流量和压力波动极小，因此该风机配备精密的进口导叶调节或变频调速系统，以实现工况的精确微调。同时，转子必须经过高精度动平衡校正，确保在高速下振动值极低，运行平稳。 严密性要求：为防止工艺气体泄漏造成损失、污染或危险（特别是输送H₂时），以及防止外部空气进入系统污染工艺气氛，其密封系统至关重要。

第三章：风机核心配件与密封系统解析

以D(Tm)1291-2.70为例，其可靠运行依赖于一系列高性能配件，尤其是转子组件和密封系统。

风机主轴：作为整个转子总成的核心承力与传动部件，通常采用高强度合金钢（如42CrMo）锻制而成，经过调质处理以获得优异的综合机械性能。所有配合轴颈表面经过淬火或渗氮处理，提高硬度、耐磨性和抗疲劳强度。其加工精度要求极高，各轴段的同心度、圆度、肩台垂直度均在微米级。 风机转子总成：包含主轴、多级叶轮、定距套、平衡盘（如有）、锁紧螺母等。叶轮是关键做功元件，多为三元流后弯式设计，采用高强度铝合金、不锈钢或钛合金精密铸造或五轴铣削而成，并逐个进行超速试验。整个转子总成装配后，必须在高速动平衡机上完成多平面动平衡，将残余不平衡量降至标准许可的极小值，这是保证风机高速稳定运行、振动达标的前提。 风机轴承与轴瓦：对于高速高压的D系列风机，多采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承。滑动轴承具有承载能力大、阻尼性能好、寿命长的优点。轴瓦常为剖分式，内衬巴氏合金（白合金）。巴氏合金层具有良好的嵌藏性、顺应性和抗咬合性，能有效吸收微小振动和异物。润滑油在轴承与轴颈间形成稳定的压力油膜，实现纯液体摩擦。 轴承箱：是容纳轴承、轴瓦并为其提供稳定润滑环境的铸件。内部有复杂的油路，确保压力油能充分润滑轴承和带走摩擦热。轴承箱与风机壳体间有严格的对中要求，并通过合理的结构设计控制热膨胀对中对影响。 密封系统（核心防护）： 气封（迷宫密封）：安装在各级叶轮进口与隔板之间、平衡盘等处。由一系列交替的齿和腔组成，利用多次节流膨胀效应来大幅减少级间和内泄漏，但不完全阻止。材料通常为铝合金或不锈钢。油封：位于轴承箱两端，防止润滑油沿轴泄漏到箱体外。常用形式有骨架橡胶油封或机械式甩油环密封。 碳环密封：在输送贵重、危险或高纯气体（如H₂、He）时，作为轴端密封的关键选项。由多个碳环组合而成，在弹簧力作用下其内孔与轴保持微间隙接触或极小间隙。碳材料具有自润滑、耐高温、化学惰性好的特点，能实现极低泄漏率的动态密封。对于D(Tm)1291-2.70，若输送氢气，极可能采用“干气密封+碳环密封”的组合式密封，确保绝对安全。

第四章：风机常见故障与修理要点

重稀土铥(Tm)提纯专用风机的连续稳定运行至关重要。一旦故障，需专业及时修理。

振动超标：原因：最常见原因包括转子动平衡破坏（叶轮结垢、磨损不均、涂层脱落）、对中不良、轴承（轴瓦）磨损、基础松动或管道应力作用。修理：首先在线监测振动频谱，初步判断故障类型。停机后，检查对中数据，复查管道支撑。若怀疑转子问题，需抽出转子总成，进行外观检查和复校动平衡。更换磨损轴瓦，刮研至贴合度要求。 轴承温度高：原因：润滑油油质劣化、油路堵塞、油量不足；轴瓦巴氏合金层磨损、刮研不良或存在瑕疵；冷却器效率下降。修理：检查润滑油化验报告，必要时换油。清洗油滤网、油路及冷却器。检查轴瓦接触印痕，按标准重新刮研或更换新瓦。确保冷却水畅通。 性能下降（流量或压力不足）：原因：进口过滤器堵塞；密封间隙（特别是迷宫密封齿）因磨损增大，导致内泄漏严重；叶轮流通道严重结垢或腐蚀；转速未达到额定值。修理：清洁或更换滤芯。停机大修时，测量各级迷宫密封间隙，超标则更换密封件。对叶轮进行清洗，评估腐蚀程度，严重时需更换叶轮。检查驱动机（如电机、齿轮箱）状态。 气体泄漏：原因：轴端密封（如碳环密封）磨损、老化或“O”型圈失效；壳体或法兰连接面密封垫损坏。修理：这是涉及安全与工艺纯度的严重问题。必须停机，更换全套碳环密封组件及其他静态密封件。更换前需用惰性气体彻底吹扫管路和机壳。 修理总则：风机修理，特别是D(Tm)1291-2.70这类高速设备，必须由专业人员进行。修理过程应详细记录，特别是关键尺寸间隙（如轴承间隙、密封间隙、叶轮与隔板间隙）的测量数据。修理后必须重新进行对中校正，并遵循严格的单机试车和工艺联试步骤。

第五章：工业气体输送风机的选型与应用考量

在重稀土铥提纯全流程中，输送不同工业气体需选择或定制不同特性的风机。

气体特性与风机设计： 密度与压比：气体分子量不同（如H₂极轻，CO₂较重），直接影响风机所需功率和叶轮型线设计。选型时，需根据实际气体成分和工况温度压力换算密度和流量。 腐蚀性：如输送含酸性组分的工业烟气，需选择耐酸不锈钢（如316L、904L）或衬涂防腐材料。 危险性：输送氧气(O₂)时，必须禁油设计（所有通流部件彻底脱脂，采用特殊润滑油或脂），防止燃爆。输送氢气(H₂)时，强调密封的绝对可靠性（采用干气密封、碳环密封组合）和电气防爆等级。输送惰性气体（He、Ne、Ar）时，重点考虑密封以防贵重气体泄漏损失。 纯度要求：高纯气体输送要求风机内表面光洁度高、无死角、材料析出物少，并进行特殊的清洁处理（如钝化、电抛光）。 系列风机适用场景举例：空气：用于浮选（CF/CJ系列）、流态化焙烧（C/D系列）、气力输送（D/AII系列）。是最常见的介质。 氮气(N₂)、氩气(Ar)：用于铥化合物煅烧或储存时的惰性保护气氛，防止氧化。可选用AI(Tm)、S(Tm)或 D(Tm)系列，根据压力和流量定。 氢气(H₂)：用于某些高温还原工序。必须选用防爆电机、特殊密封（如D(Tm)系列配干气密封+碳环密封），壳体设计需考虑氢脆问题。 二氧化碳(CO₂)：可能用于特定萃取或碳酸沉淀工艺。需注意其对普通碳钢的腐蚀性（潮湿时），通常选用不锈钢材质风机。 混合无毒工业气体：根据具体成分比例，计算平均分子量和特性，作为风机设计和选型的依据，可能适配于C(Tm)或AII(Tm)系列。

选型核心步骤：明确气体成分、进口状态（压力、温度、湿度）、所需流量（标况或工况）、出口压力、以及安全与纯度等级。然后根据这些参数，结合各系列风机的性能曲线图，选择最匹配的型号，并特殊注明材质、密封和防爆等要求。

结语

重稀土铥(Tm)提纯专用风机，特别是如D(Tm)1291-2.70这样的高压高速精密设备，是连接传统机械工业与现代尖端材料冶炼的桥梁。其高效、稳定、安全的运行，离不开对型号参数的深刻理解、对核心配件性能的精准把握、对维护修理规程的严格执行，以及对不同工业气体特性的周全考量。随着稀土提纯工艺向更高纯度、更低能耗、更自动化方向发展，对专用离心鼓风机的性能、调节性和可靠性也提出了更高要求。风机技术人员需要不断深化知识，将流体力学、材料科学、转子动力学与具体工艺紧密结合，才能保障这些“工艺肺腑”强健有力地跳动，为我国战略性稀土产业的发展提供坚实保障。

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