重稀土铥(Tm)提纯专用风机:D(Tm)36-1.55离心鼓风机技术详解

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重稀土铥(Tm)提纯专用风机:D(Tm)36-1.55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、离心鼓风机、D(Tm)36-1.55、风机配件、风机修理、工业气体输送、稀土矿提纯设备

一、引言：稀土提纯与风机技术的紧密关系

稀土元素，特别是重稀土中的铥(Tm)，是现代高科技产业不可或缺的战略资源，广泛应用于激光材料、核磁共振成像、高温超导材料及精密电子器件等领域。铥的提纯过程极其复杂，需要经过多道严格的物理和化学分离工序，其中气体输送和压力控制是关键环节。离心鼓风机作为提供稳定气流和压力的核心设备，在铥的浮选、分离、干燥和输送过程中起着决定性作用。

针对重稀土提纯的特殊工况:包括腐蚀性介质、高温环境、高纯度要求和连续稳定运行需求:普通工业风机无法满足要求。为此，专门研发了“Tm”系列特种离心鼓风机，其中D(Tm)36-1.55型高速高压多级离心鼓风机是重稀土铥提纯工艺中的关键设备之一。本文将系统阐述该风机的基础知识、结构特点、配件系统及维护修理要点，并对稀土提纯中涉及的工业气体输送风机进行综合分析。

二、重稀土铥提纯工艺对风机的特殊要求

重稀土铥的提纯通常采用溶剂萃取、离子交换、真空蒸馏等工艺组合，这些过程对配套风机提出了苛刻要求：

介质多样性：需要处理空气、氮气、氩气等惰性保护气体，有时还需输送含微量化学试剂的工艺气体。 高纯度要求：提纯过程中必须防止任何油污、粉尘或金属离子的污染，要求风机具备卓越的密封性能。 压力稳定性：萃取塔、分离柱需要极其稳定的气压供应，压力波动需控制在±0.5%以内。 耐腐蚀性：部分工艺环节可能接触酸性或碱性气体，风机材料需具备相应的耐腐蚀能力。 连续运行可靠性：稀土生产线通常24小时连续运转，风机必须保证8000小时以上的无故障运行时间。

三、D(Tm)36-1.55型高速高压多级离心鼓风机详解

3.1 型号命名规则与技术参数

根据提供的命名体系，D(Tm)36-1.55的具体含义如下：

“D”：表示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，通过逐级增压实现高压输出。 “Tm”：表示专门为重稀土铥提纯工艺设计和优化的特种型号，在材料选择、密封结构和防腐处理上进行了特殊设计。 “36”：表示风机在标准状态下的额定流量为36立方米/分钟。此流量是根据铥提纯工艺中气体循环系统的实际需求，经过精确计算和实验验证确定的。 “-1.55”：表示风机出口设计压力为1.55个大气压（表压）。此压力值与跳汰机、分离塔等设备的阻力特性相匹配，确保工艺气体以最佳流速通过提纯装置。

该风机设计进气压力为标准大气压（如进口气压非标，型号中会以“/”分隔标注进气压力值），采用电动机直驱或齿轮增速驱动，转速通常在8000-15000转/分钟范围内，具体取决于叶轮级数和设计压力。

3.2 结构特点与技术优势

D(Tm)36-1.55采用多级离心式设计，其主要结构特点包括：

1. 多级叶轮系统：通常采用3-5级后弯式叶轮串联，每级叶轮增压约0.2-0.4大气压，累计达到总压比。叶轮采用高强度铝合金或特种不锈钢精密铸造，动平衡等级达到G2.5，确保高速运转平稳。

2. 高效扩压器与回流器：每级叶轮后配置固定式扩压器，将动能高效转化为压力能；回流器引导气流以最佳角度进入下一级叶轮，减少涡流损失。

3. 特殊材质选择：与工艺气体接触的所有部件（叶轮、机壳、密封等）均采用316L不锈钢或更高等级的耐腐蚀材料，防止稀土提纯过程中的微量腐蚀介质对设备的侵蚀。

4. 紧凑型设计：采用轴向剖分或垂直剖分结构，便于在狭小的稀土车间安装和维护，占地面积比传统风机减少30%以上。

3.3 与相关型号对比分析

稀土提纯领域常用的风机型号包括：

C(Tm)系列多级离心鼓风机：适用于中等压力、大流量工况，通常用于原料预处理阶段的空气供应。 CF(Tm)/CJ(Tm)系列专用浮选离心鼓风机：专门为浮选工序设计，注重流量稳定性和微气泡生成能力。 AI(Tm)系列单级悬臂加压风机：结构简单，维护方便，适合辅助工序的低压气体输送。 S(Tm)系列单级高速双支撑加压风机：高转速、高效率，适用于需要快速响应的工艺环节。 AII(Tm)系列单级双支撑加压风机：介于AI与S系列之间，兼顾稳定性和经济性。

相比之下，D(Tm)系列在压力输出能力、压力稳定性和连续运行可靠性方面具有明显优势，特别适合铥提纯后期的精细分离工序。

四、核心配件系统详解

4.1 风机主轴系统

D(Tm)36-1.55的主轴采用42CrMoA合金钢整体锻造，调质处理后硬度达到HRC28-32，具有优异的抗疲劳性和抗变形能力。主轴设计充分考虑临界转速避开，工作转速低于一阶临界转速的70%，确保运行平稳。主轴与叶轮采用过盈配合加键连接，部分型号采用液压装配技术，确保高速运转下连接可靠。

4.2 轴承与轴瓦系统

针对高速高压工况，D(Tm)36-1.55采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，主要原因包括：

高负载能力：滑动轴承接触面积大，能承受更大的径向和轴向载荷。 阻尼特性好：油膜具有良好的阻尼作用，能有效抑制振动，特别适合多级叶轮产生的不平衡力。 长寿命：正常维护下，轴瓦寿命可达40000小时以上。

轴瓦材料通常采用巴氏合金（锡锑铜合金）衬层，厚度1-3毫米，摩擦系数低，嵌入性好。轴承润滑采用强制循环油系统，配备双油泵（一用一备）、油冷却器和多重过滤装置，确保润滑油温控制在40-50℃，清洁度达到NAS 7级以上。

4.3 转子总成

转子总成包括主轴、各级叶轮、平衡盘、推力盘等组件。组装前每个叶轮单独进行动平衡校正，整体组装后再次进行高速动平衡，残余不平衡量控制在1g·mm/kg以下。平衡盘设计能自动补偿轴向力，减少推力轴承负荷；推力盘与推力瓦配合，限定转子轴向位移在±0.2mm范围内。

4.4 密封系统

密封性能是稀土提纯风机的关键指标，D(Tm)36-1.55采用三重密封设计：

1. 碳环密封（气封）：在叶轮轮盖和机壳间设置迷宫式碳环密封，利用多道狭窄间隙形成节流效应，减少内泄漏。碳材料具有自润滑性，即使轻微接触也不会损伤叶轮。

2. 油封系统：在轴承箱两端采用双唇口油封，内侧防止润滑油进入机壳污染工艺气体，外侧防止灰尘进入轴承箱。部分特殊型号采用机械密封，实现零泄漏。

3. 特殊工况密封：对于输送氢气等小分子气体，采用干气密封系统；对于有毒有害气体，采用串联式机械密封加惰性气体缓冲系统。

4.5 轴承箱与机壳

轴承箱为铸铁或铸钢整体结构，具有足够的刚性和减振性能。机壳采用垂直剖分或水平剖分设计，材料根据输送气体性质选择：普通空气选用HT250铸铁；腐蚀性气体选用304/316不锈钢；高压工况选用球墨铸铁QT450。

五、风机维护与修理要点

5.1 日常维护规范

振动监测：每天记录轴承座振动值，速度有效值不超过4.5mm/s，位移峰值不超过35μm。发现振动趋势性增大时应提前安排检查。 温度监控：轴承温度不超过75℃，润滑油进油温度40-50℃，回油温度不超过65℃。 油系统维护：每三个月检测润滑油理化指标，每年至少更换一次润滑油。滤芯压差超过0.15MPa必须更换。 密封检查：每周检查密封气体压力（如配置），确保比密封腔压力高0.05-0.1MPa。

5.2 定期检修项目

每运行4000小时：

检查联轴器对中，偏差不超过0.05mm 检查地脚螺栓紧固状态清洗油过滤器、冷却器检查碳环密封磨损情况，径向间隙超过设计值50%应更换

每运行16000小时：

解体检查轴承、轴瓦磨损，巴氏合金层厚度小于0.5mm需重新浇铸检查叶轮腐蚀、磨损情况，特别是叶片进口边缘测量主轴直线度，全长弯曲不超过0.03mm 检查机壳流道腐蚀情况，必要时进行防腐修复

5.3 常见故障处理

故障一：振动超标

可能原因：叶轮积垢、平衡破坏；轴承磨损；联轴器对中不良；地脚螺栓松动处理措施：清洁叶轮并重新平衡；更换轴承；重新对中；紧固地脚螺栓

故障二：轴承温度高

可能原因：润滑油不足或变质；冷却器堵塞；轴承间隙过小；负载过大处理措施：补充或更换润滑油；清洗冷却器；调整轴承间隙；检查系统阻力

故障三：压力不足

可能原因：密封间隙过大，内泄漏严重；转速下降；进气过滤器堵塞处理措施：更换密封件；检查驱动系统；清洗或更换滤芯

5.4 大修技术要点

D(Tm)36-1.55风机大修周期一般为32000运行小时或4年，主要步骤包括：

解体前检测：记录原始对中数据、间隙数据，做好标记。 转子检修：叶轮进行着色探伤检查裂纹；主轴进行磁粉探伤；重新进行高速动平衡。 轴承系统修复：轴瓦重新刮研，接触面积≥70%；推力瓦修平，平行度≤0.02mm。 密封更换：所有碳环密封、油封全部更换新品，安装时注意方向。 组装调整：严格按照装配间隙要求调整各级密封间隙、轴承间隙。 试运行：空载运行2小时，负载逐步增加至额定工况，监测振动、温度参数。

六、稀土提纯中的工业气体输送风机

6.1 可输送气体类型及特性

重稀土铥提纯过程中涉及多种工业气体，每种气体对风机有不同要求：

惰性气体（氮气N₂、氩气Ar、氦气He）：用于创造无氧环境，防止稀土氧化。要求风机绝对密封，泄漏率低于0.5%。氮气输送宜选用C(Tm)系列；氩气、氦气因密度不同需重新计算风机性能曲线。 反应气体（氧气O₂、氢气H₂）：用于特定化学反应工序。氧气输送需禁油设计，所有部件脱脂处理；氢气输送因密度小、易泄漏，需采用特殊密封和防爆电机。 工艺烟气：成分复杂，可能含酸性成分，需采用316L不锈钢材质，过流部件增加防腐涂层。 二氧化碳CO₂：在超临界萃取中应用，输送时需注意压力和温度控制，防止干冰形成。

6.2 气体特性对风机设计的影响

不同气体的物理性质直接影响风机设计和选型：

气体密度影响：风机压力与气体密度成正比，输送氢气（密度约0.09kg/m³）时，相同压比下实际压力仅为空气的9%；输送二氧化碳（密度约1.98kg/m³）时则为1.98倍。性能换算公式为：实际压力等于标定压力乘以实际气体密度与空气密度的比值。 绝热指数影响：气体绝热指数不同影响压缩温升，氢气绝热指数高，压缩后温升明显，需加强冷却。 腐蚀性考虑：含氟、氯离子的工艺气体需选用哈氏合金或钛材；湿氯气需选用非金属材质如FRP。 安全性要求：输送易燃易爆气体需防爆设计，包括防爆电机、静电导出装置、氮气吹扫系统等。

6.3 选型计算要点

为稀土提纯工艺选择风机时，需进行以下计算：

实际流量换算：将工艺要求的质量流量或标准状态体积流量换算为风机进口状态下的实际体积流量，计算公式为实际体积流量等于质量流量除以实际密度，或标准体积流量乘以标准密度再除以实际密度。 压力修正：根据气体密度修正所需压力，同时考虑管路损失、设备阻力和安全系数（通常取1.1-1.2）。 功率计算：风机轴功率等于流量乘以压力除以效率，再考虑机械损失和传动损失。电机功率需在此基础上增加10-15%裕量。 相似换算：当已有空气性能曲线时，通过相似定律换算其他气体性能，核心是保持马赫数和雷诺数相似。

七、D(Tm)36-1.55在铥提纯中的具体应用

7.1 在溶剂萃取工序的应用

铥的溶剂萃取通常采用P507或Cyanex系列萃取剂，需要稳定的氮气或氩气保护以防止氧化。D(Tm)36-1.55为萃取塔提供1.55大气压的惰性气体，确保塔内压力稳定，促进相分离。风机出口配备精密减压阀和压力传感器，形成闭环控制，压力波动控制在±0.005MPa内。

7.2 在离子交换工序的应用

离子交换柱需要恒定流速的洗脱液输送，D(Tm)36-1.55为洗脱液储罐提供背压，确保流速稳定。同时，风机产生的微正压可防止空气中的二氧化碳溶解进入洗脱液影响pH值。

7.3 在真空蒸馏辅助系统中的应用

高纯铥的最终提纯常采用真空蒸馏，D(Tm)36-1.55为前级真空泵提供预压缩，提高系统抽速。在蒸馏结束后的充气环节，为系统充入高纯氩气，避免产品氧化。

7.4 节能优化措施

变频控制：根据工艺参数实时调节转速，避免节流损失，可节能20-30%。 热回收：压缩热用于工艺预热，提高整体能效。 多机组协调：大型稀土生产线采用多台风机并联，根据负荷智能启停。

八、未来发展趋势

随着稀土提纯技术向更高纯度、更低能耗方向发展，风机技术也面临新的挑战和机遇：

智能化升级：集成振动传感器、温度传感器、气体成分分析仪，实现预测性维护和智能调优。 新材料应用：碳纤维复合材料叶轮可减重30%，提高转速上限；陶瓷涂层增强耐磨耐腐蚀性。 磁悬浮轴承：无需润滑油，彻底解决油污染问题，特别适合超高纯度提纯。 小型化集成：将风机、电机、变频器、控制系统集成于一体，减少占地面积和安装成本。 氢能应用：随着绿色冶金发展，氢气作为还原剂的应用增加，需要开发专用氢能风机。

九、结论

D(Tm)36-1.55型高速高压多级离心鼓风机作为重稀土铥提纯的专用设备，凭借其稳定的压力输出、卓越的密封性能和可靠的长周期运行能力，已成为现代稀土分离工艺不可或缺的关键装备。深入理解其结构原理、掌握科学的维护方法、根据工艺气体特性合理选型应用，对于提高铥的提纯效率、降低生产成本、保障产品质量具有重要意义。

随着我国稀土产业的转型升级和高质量发展，对专用风机的技术要求将不断提高。风机技术人员需要不断学习新知识、掌握新技能，将传统的风机技术与自动化控制、新材料科学、流体仿真等现代技术相结合，为我国稀土战略资源的开发和利用提供更先进、更可靠的装备保障。

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