重稀土铥(Tm)提纯专用风机基础知识：D(Tm)1215-1.94型离心鼓风机技术详解

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重稀土铥(Tm)提纯专用风机基础知识：D(Tm)1215-1.94型离心鼓风机技术详解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土铥提纯专用风机，D(Tm)1215-1.94型高速高压多级离心鼓风机，稀土矿离心鼓风机配件，风机维修技术，工业气体输送风机

一、重稀土铥提纯工艺与专用风机概述

1.1 重稀土铥提纯工艺特点

稀土元素，特别是重稀土元素铥(Tm)的提纯是冶金工业和高端材料制造中的关键技术环节。铥作为重要的稀土元素，在激光材料、磁光存储、核反应控制及特种合金中有着不可替代的作用。提纯过程通常包括矿石破碎、浮选分离、化学浸出、溶剂萃取和最终还原等阶段，其中离心鼓风机在浮选分离、气体输送和工艺气体循环等环节发挥着核心作用。

重稀土铥提纯工艺对气体输送设备有着特殊要求：首先，气体介质可能包含腐蚀性成分；其次，工艺过程需要精确的压力和流量控制；最后，设备需要在连续运转条件下保持高可靠性。这些特殊要求催生了专门为稀土提纯设计的离心鼓风机系列。

1.2 稀土提纯专用风机系列概览

针对稀土提纯的不同工艺环节，风机技术专家开发了多系列专用设备：

“C(Tm)”型系列多级离心鼓风机：适用于中等压力要求的工艺环节 “CF(Tm)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门为浮选工艺优化设计 “CJ(Tm)”型系列专用浮选离心鼓风机：针对特定浮选工艺的改进型号 “AI(Tm)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于空间受限场景 “S(Tm)”型系列单级高速双支撑加压风机：高速运转，稳定性高 “AII(Tm)”型系列单级双支撑加压风机：双支撑结构，承载能力强

在这些系列中，“D(Tm)”型系列高速高压多级离心鼓风机因其出色的高压性能和适应性，在重稀土铥提纯的关键环节中应用最为广泛。

二、D(Tm)1215-1.94型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号含义与技术参数解析

重稀土铥(Tm)提纯专用风机型号D(Tm)1215-1.94的含义如下：

“D”：表示D系列高速高压多级离心鼓风机 “(Tm)”：表示该风机专为重稀土铥提纯工艺设计和优化 “1215”：表示风机设计流量为每分钟1215立方米（实际运行中可根据工艺需要调节） “-1.94”：表示风机出风口设计压力为1.94个大气压（表压）

值得特别说明的是，在风机型号标注中，如果压力值前有“-”符号，通常表示出风口压力值；若没有“/”符号，则表示进风口压力为标准大气压（1个大气压）。这一标注规则对于正确理解风机工作参数至关重要。

2.2 设计特点与结构优势

D(Tm)1215-1.94型风机采用多级离心式设计，其核心优势在于：

高压比能力：通过多级叶轮串联，每级叶轮增压后气体进入下一级继续增压，最终达到1.94个大气压的高压输出，满足提纯工艺中对高压气体的需求。 高效率设计：采用后弯式叶轮设计，叶片出口角小于90度，遵循欧拉涡轮机械方程原理，减少了气体流动损失，提高了能量转换效率。 适应性强的气体介质处理能力：针对稀土提纯中可能遇到的不同气体成分，叶轮和流道采用特殊防腐材料和涂层处理，确保在输送含腐蚀性成分气体时的长期稳定运行。 精密平衡与振动控制：转子系统经过多平面动平衡校正，残余不平衡量控制在ISO G1.0等级以内，确保高速运转时的低振动特性。

2.3 气动性能与工作特性

D(Tm)1215-1.94型风机遵循离心式鼓风机的基本气动原理，其性能可通过风机基本方程描述：理论压头等于叶轮出口处气体切向速度与叶轮圆周速度的乘积除以重力加速度。在实际设计中，考虑到各种损失因素，实际压头约为理论压头的60%-80%。

风机的性能曲线呈现典型的离心式机械特征：在固定转速下，流量与压力呈反比关系，而功率消耗随流量增加而增加，但效率曲线存在一个最高效率点。D(Tm)1215-1.94型风机设计时，将最高效率点设置在常用工作点附近，确保在实际运行中的高效节能。

三、风机核心配件详解

3.1 风机主轴系统

D(Tm)1215-1.94型风机的主轴采用高强度合金钢锻造而成，经过调质处理和精密加工，确保在高速旋转下的强度和刚度。主轴设计充分考虑了临界转速问题，工作转速远离一阶和二阶临界转速，防止共振发生。主轴与叶轮的连接通常采用过盈配合加键连接的双重固定方式，确保传递扭矩的可靠性。

3.2 风机轴承与轴瓦

该型号风机采用滑动轴承（轴瓦）设计，相比滚动轴承具有更好的承载能力和阻尼特性。轴瓦材料通常为巴氏合金（锡锑铜合金），这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，能在瞬时缺油情况下保护轴颈。轴瓦与轴颈的间隙经过精密计算，通常为轴颈直径的千分之一点五到千分之二，确保形成稳定的润滑油膜。

润滑系统采用强制供油方式，油压通常维持在0.15-0.25MPa之间，润滑油除了润滑作用外，还起到冷却轴承和带走磨损颗粒的作用。油温控制尤为重要，通常保持在40-50℃之间，过低则粘度大增加阻力，过高则降低油膜强度。

3.3 风机转子总成

转子总成是离心鼓风机的核心部件，包括主轴、叶轮、平衡盘和联轴器等组件。D(Tm)1215-1.94型风机的叶轮采用高强度铝合金或不锈钢材料，经过五轴联动数控机床精密加工，确保叶片型线和表面精度。每个叶轮在装配前都经过单独动平衡校正，装配成转子后再次进行整体动平衡，确保不平衡量控制在极低水平。

平衡盘设计是多级离心鼓风机的关键，它能平衡大部分轴向推力，减少推力轴承的负荷。平衡盘的工作原理是利用其两侧的压力差产生与轴向推力方向相反的力，根据力平衡原理，当这两个力大小相等时，转子轴向受力达到平衡。

3.4 密封系统

气封：D(Tm)1215-1.94型风机采用迷宫密封作为主要气封形式。迷宫密封由一系列环形齿片和凹槽组成，气体通过狭窄的间隙时产生多次节流膨胀，压力能转化为热能，从而达到减少泄漏的目的。迷宫密封的间隙通常控制在0.2-0.4mm之间，既保证不接触转动部件，又最大限度减少泄漏。

碳环密封：在需要更高密封性能的部位，采用碳环密封作为补充。碳环密封由多个碳环组成，每个碳环在弹簧力作用下与轴保持轻微接触，形成多级密封。碳材料具有良好的自润滑性和耐磨性，即使在干摩擦条件下也能短期工作。

油封：用于防止润滑油泄漏，通常采用骨架油封或机械密封。D(Tm)1215-1.94型风机在高速端采用机械密封，静止端采用骨架油封的组合方式，兼顾密封效果和成本。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱不仅是轴承的支撑部件，也是润滑油路的组成部分。D(Tm)1215-1.94型风机的轴承箱采用铸铁或铸钢材料，结构刚性高，能有效吸收振动。轴承箱内部设计有合理的油路，确保润滑油能充分到达每个润滑点。

润滑系统包括油箱、油泵、冷却器、过滤器和监控仪表等。油泵通常为齿轮泵，提供稳定的油压；冷却器多为管壳式，通过循环水冷却润滑油；过滤器精度一般为10-25μm，确保润滑油清洁度；监控仪表包括压力表、温度计和流量计等，实时监测润滑系统状态。

四、风机维护与修理技术

4.1 日常维护要点

重稀土铥提纯专用风机的日常维护是确保长期稳定运行的基础：

振动监测：每天记录风机各轴承部位的振动值，包括垂直、水平和轴向三个方向。振动速度有效值一般控制在2.8mm/s以下，若超过4.5mm/s需引起注意，超过7.1mm/s需停机检查。 温度监控：轴承温度通常不超过75℃，润滑油进油温度控制在40-50℃之间，回油温度不超过65℃。 润滑油管理：定期检查润滑油颜色、粘度和清洁度，每3-6个月取样化验一次，根据化验结果决定是否更换。正常情况下，润滑油每8000-12000运行小时更换一次。 密封检查：定期检查各密封点是否有泄漏，特别是气封和油封部位。迷宫密封的间隙可通过压铅法测量，当间隙超过设计值的1.5倍时，应考虑更换密封件。

4.2 常见故障与处理

振动过大：可能原因包括转子不平衡、轴承磨损、对中不良或基础松动。处理步骤：首先检查对中和基础螺栓，然后检查轴承间隙，最后考虑转子重新平衡。 轴承温度过高：可能原因包括润滑油不足、油质不合格、冷却不良或轴承损坏。处理步骤：检查油位和油质，清洗冷却器，若仍无效则检查轴承状况。 风量不足：可能原因包括过滤器堵塞、密封间隙过大或转速下降。处理步骤：检查进风过滤器，测量密封间隙，检查电机和传动系统。 异常噪音：可能原因包括轴承损坏、转子与静止部件摩擦或气动噪声。处理步骤：首先确定噪音来源部位，然后针对性检查相关部件。

4.3 大修流程与技术要点

D(Tm)1215-1.94型风机的大修周期通常为3-5年或24000-40000运行小时，大修流程包括：

拆卸与检查：按照顺序拆卸各部件，记录原始数据，包括各部间隙、对中数据等。重点检查叶轮磨损、轴承间隙、密封状况和轴颈磨损。 部件修复与更换：叶轮：检查叶片磨损情况，若叶片厚度减少超过原厚度的1/3，应考虑更换或修复。修复方法包括堆焊后加工或更换叶片。主轴：检查轴颈磨损和直线度，轴颈磨损可通过镀铬或热喷涂修复，直线度偏差应小于0.02mm/m。轴承与轴瓦：测量轴瓦间隙，若超过设计值的1.5倍，需重新浇铸巴氏合金并加工。密封：更换所有密封件，确保新密封件符合设计尺寸。 重新装配：严格按照装配工艺进行，确保各部件间隙符合设计要求。关键步骤包括：轴承间隙调整：通过刮研轴瓦或调整垫片厚度，确保间隙在0.12-0.18mm之间（以轴颈100mm为例）。转子定位：通过调整轴承座位置，确保转子与机壳对中，一般要求同心度偏差小于0.05mm。密封间隙调整：迷宫密封间隙通过调整密封环位置实现，一般控制在0.25-0.35mm之间。 试运行与验收：大修后先进行空载试运行2-4小时，然后逐步加载至满负荷。试运行期间监测振动、温度、噪音等参数，确保所有指标符合设计标准。

五、输送工业气体的特殊考虑

5.1 不同气体介质的特性与风机适应性

D(Tm)1215-1.94型风机虽然为重稀土铥提纯设计，但其设计理念和技术特点使其能够适应多种工业气体的输送：

空气：最常用的介质，风机性能曲线基于空气（密度1.2kg/m³）测试得出。输送其他气体时需进行密度修正，根据风机定律，压力与气体密度成正比，功率也与密度成正比。 工业烟气：通常含有腐蚀性成分和颗粒物。针对此类介质，风机需采用耐腐蚀材料（如不锈钢或特殊涂层），并考虑设置冲洗装置防止颗粒沉积。 二氧化碳(CO₂)：密度大于空气（约1.5倍），输送时需注意电机功率是否足够，同时CO₂在一定条件下可能形成干冰，需防止温度过低。 氮气(N₂)和氧气(O₂)：密度与空气接近，但氧气有助燃性，需特别注意密封防止泄漏，轴承箱需考虑氮气密封。 稀有气体(He、Ne、Ar)：氦气和氖气密度远小于空气，输送时风机产生的压力会降低，需重新计算性能；氩气密度大于空气，处理方式类似二氧化碳。 氢气(H₂)：密度极小（约为空气的1/14），极易泄漏，需采用特殊密封（如干气密封），同时注意防爆要求。 混合无毒工业气体：需明确气体成分和比例，计算平均分子量和密度，进而确定风机实际工作点。

5.2 气体特性对风机设计的影响

输送不同气体时，风机设计和选型需考虑以下因素：

气体密度影响：根据离心鼓风机基本方程，风机产生的压力与气体密度成正比。因此，当气体密度与空气不同时，风机实际工作压力会按比例变化。例如，输送密度为空气1.5倍的气体时，在相同转速和流量下，压力将是原设计值的1.5倍。 气体压缩性影响：对于高压比风机（如D(Tm)1215-1.94型的1.94压力比），气体压缩性不可忽视。实际工作过程中，气体密度会随着压力升高而增加，这会影响风机性能。工程计算中通常采用多变过程方程来描述这一变化。 腐蚀性考虑：稀土提纯过程中可能涉及酸性或碱性气体，风机过流部件需采用相应耐腐蚀材料。对于D(Tm)1215-1.94型风机，可根据具体气体成分选择不同材质版本，如304不锈钢、316L不锈钢或钛合金等。 温度影响：气体温度变化会影响其密度和粘度，进而影响风机性能。高温气体会降低材料强度，需考虑冷却措施；低温气体则需防止结露或冻结。

5.3 安全运行注意事项

输送工业气体时，安全是首要考虑因素：

爆炸性气体：如氢气与空气的混合物，需采用防爆电机和防静电设计，确保所有部件接地良好。 窒息性气体：如氮气、氩气等，风机房需有良好通风，设置氧气浓度报警器。氧气：与润滑油接触可能引起火灾，轴承箱需采用特殊润滑脂或氮气密封隔离。 有毒气体：虽然文中提到“混合无毒工业气体”，但在实际稀土提纯过程中仍可能遇到有毒中间产物，此时需确保风机密封可靠，设置泄漏检测装置。 压力安全：D(Tm)1215-1.94型风机工作压力较高，需设置安全阀或泄压装置，防止超压运行。

六、选型与应用建议

6.1 选型基本原则

为重稀土铥提纯工艺选择离心鼓风机时，需遵循以下原则：

工艺匹配原则：首先明确风机在工艺中的具体作用，是提供浮选气流、气体循环还是废气排放，不同用途对风机性能要求不同。 气体参数准确原则：提供准确的气体成分、温度、压力和湿度参数，这些参数直接影响风机选型和材料选择。 工作点优化原则：确保风机在最高效率点附近工作，这样既能节能，又能减少故障率。通常建议实际工作点位于最高效率点流量的80%-110%范围内。 备用原则：对于连续生产的关键环节，应考虑备用风机或主要部件备用，确保生产不会因风机故障而中断。

6.2 D(Tm)1215-1.94型风机在稀土提纯中的典型应用

在重稀土铥提纯工艺中，D(Tm)1215-1.94型风机主要应用于以下环节：

浮选气流供应：为浮选机提供稳定压力和流量的气流，气流通过特制喷嘴形成微细气泡，携带稀土矿物颗粒上浮。此时风机需提供稳定压力，确保气泡大小和分布均匀。 气体循环系统：在闭路气体循环系统中，风机作为循环动力源，维持系统压力平衡和气体流动。这种情况下，风机需克服系统阻力，保持气体循环。 工艺气体输送：将提纯过程中需要的各种工艺气体（如氮气、氩气等）输送到指定位置。此时需根据气体特性调整风机运行参数。 废气排放：将提纯过程中产生的废气输送到处理系统。此时风机需考虑废气的腐蚀性和温度特性。

6.3 运行优化建议

为充分发挥D(Tm)1215-1.94型风机的性能，延长使用寿命，建议采取以下优化措施：

变频调速应用：通过变频器调节风机转速，使其始终工作在最佳效率点，适应工艺参数变化。根据相似定律，风机流量与转速成正比，压力与转速平方成正比，功率与转速立方成正比，因此小幅降速可显著节能。 智能监控系统：安装在线振动监测、温度监测和性能监测系统，实时掌握风机状态，预测性维护取代定期维修。 进气条件优化：确保进气清洁、温度稳定，必要时加装过滤器和进气冷却装置，减少叶轮磨损和提高风机效率。 定期性能测试：每6-12个月进行一次风机性能测试，绘制实际性能曲线，与设计曲线对比，及时发现性能下降并采取措施。

七、结语

重稀土铥提纯作为高技术、高附加值的工艺过程，对关键设备提出了极高要求。D(Tm)1215-1.94型高速高压多级离心鼓风机凭借其精良的设计、可靠的性能和良好的适应性，在这一领域发挥着不可替代的作用。本文系统介绍了该型号风机的基本原理、结构特点、配件组成、维护修理要点以及在不同工业气体输送中的应用考虑，为风机技术人员提供了全面的参考。

随着稀土提纯技术的不断进步，对离心鼓风机的要求也将不断提高。未来，稀土提纯专用风机将朝着更高效率、更智能控制、更可靠运行的方向发展，为稀土工业的持续进步提供坚实保障。

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