重稀土铥(Tm)提纯专用风机技术解析:以D(Tm)1712-1.21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)1712-1.21、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心风机、稀土冶金专用设备

一、 引言：稀土提纯工艺与风机的关键角色

稀土元素，特别是重稀土如铥(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。铥的提纯是一个极其精密且复杂的冶金化工过程，涉及焙烧、溶解、萃取、结晶等多个单元操作。在这些工艺环节中，离心鼓风机作为提供关键气体流动与压力动力的核心设备，其性能直接关系到生产线的效率、产品的纯度以及系统的安全稳定运行。

针对稀土提纯工况中可能存在的腐蚀性介质、对气体纯净度的严苛要求以及连续高压运行的挑战，通用型风机往往难以胜任。因此，发展出了系列化的稀土提纯专用离心鼓风机。本文将聚焦于重稀土铥(Tm)提纯工艺，以其专用风机型号D(Tm)1712-1.21为例，系统阐述其技术基础、结构特点，并对关键配件、维护修理要点以及输送各类工业气体的风机选型与应用进行深入说明。

二、 重稀土铥(Tm)提纯专用风机系列概览

在铥的湿法冶金及提纯流程中，风机主要应用于以下几个场景：1) 为焙烧炉或反应釜提供助燃空气或氧化性气体（如氧气）；2) 驱动萃取塔、浮选槽内的气液混合与搅拌；3) 输送保护性气体（如氮气、氩气）以隔绝空气；4) 处理工艺过程中产生的尾气或烟气。根据不同的压力、流量需求及工艺位置，衍生出以下主要系列：

“C(Tm)”型系列多级离心鼓风机：适用于中等流量、中高压力的稳定气体输送，结构坚固，常用于主线工艺气体供给。

“CF(Tm)”与“CJ(Tm)”型系列专用浮选离心鼓风机：专为稀土浮选工序设计，特别优化了气体扩散与微泡生成能力，对叶轮和机壳内部流道有特殊要求，以确保浮选效率与精矿品位。

“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。采用高转速设计，通过多级叶轮串联实现更高的单机压比，特别适用于需要高压气体输送或穿透阻力较大的反应床层的工艺环节，是铥提纯高压氧化、加压过滤等工序的核心动力设备。

“AI(Tm)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于流量相对较小、需一定加压的辅助工艺点或气体循环。

“S(Tm)”型系列单级高速双支撑加压风机与“AII(Tm)”型系列单级双支撑加压风机：适用于中低压、大流量的工况，如车间通风、尾气初步输送等，双支撑结构运行更平稳。

可输送气体涵盖：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。风机材质与密封形式需根据气体性质（如腐蚀性、危险性、纯度要求）进行针对性选配。

三、 核心机型深度剖析：D(Tm)1712-1.21型高速高压多级离心鼓风机

1. 型号释义与基本参数

以 D(Tm)1712-1.21及参考型号D(Tm)300-1.8为例进行解读：

“D”：代表该风机属于D型系列，即高速高压多级离心鼓风机。

“(Tm)”：专用标识，表示该风机为铥(Tm)提纯工艺定制或适配型号，在材料选择、防腐蚀处理、密封等级等方面有特殊考量。

“1712”：表示风机在设计工况下的额定流量为每分钟1712立方米。这是一个关键性能参数，决定了风机满足特定工艺气体需求的能力。

“-1.21”：表示风机出口法兰处的气体绝对压力为1.21个大气压（即表压约为0.21 kgf/cm²或20.6 kPa）。值得注意的是，此压力标注方式隐含了进口条件：如果型号中压力标注前有“-”且无其他符号，通常默认风机进口压力为1个标准大气压（绝压）。因此，D(Tm)1712-1.21表示在进口为常压（1 atm）空气时，能提供0.21 atm的升压。对于输送非空气介质或进口压力非标的情况，性能需按气体密度和进口状态进行换算。

相比之下，D(Tm)300-1.8表示流量为300 m³/min，出口绝压1.8 atm（升压0.8 atm），与跳汰机等设备配套。

2. 设计与性能特点

D(Tm)1712-1.21作为高压多级离心风机，其核心设计目标是高效、稳定地提供所需的压力头。其性能特点如下：

高转速：采用齿轮箱增速或高速电机直驱，使叶轮线速度大幅提升，这是获得高压比的基础。

多级压缩：气体依次通过多个串联的叶轮和扩压器，每一级都提升一部分压力，最终累计达到设计出口压力。级数的选择是流量、压比和效率综合优化的结果。

高性能叶轮：通常采用后弯式或三维可控涡设计的高强度合金叶轮，以保证在高转速下的机械强度和气动效率。针对可能存在的轻微腐蚀性或要求纯净的工况，叶轮表面会进行特种涂层处理（如喷涂镍基合金、聚四氟乙烯等）。

严苛密封：为防止级间窜气和润滑油进入流道，采用了特殊的密封结构，这对于保持气体纯度、防止污染和保证效率至关重要。

冷却系统：由于多级压缩会产生大量压缩热，机壳可能设计有冷却水夹套或级间冷却器接口，以控制气体温升，保护风机内部件并提高效率。

其性能曲线（压力-流量曲线、效率-流量曲线、功率-流量曲线）是选型和运行的基础。压力随流量增大而下降的负斜率特性是离心风机的典型特征。高效区通常位于额定流量点附近。

四、 风机核心配件详解

以D(Tm)1712-1.21型风机为例，其关键配件直接影响性能、寿命与可靠性：

风机主轴：作为整个转子系统的核心承力与传动部件，必须具有极高的强度、刚性和疲劳抗力。通常采用高强度合金钢（如42CrMo）经锻造、粗加工、调质处理、精加工、动平衡等工序制成。轴颈部位的尺寸精度和表面硬度要求极高，以匹配轴承。

风机轴承与轴瓦：对于高速高压风机，滑动轴承（即轴瓦）因其承载能力大、阻尼性能好、运行平稳而广泛应用。轴瓦常采用巴氏合金（白合金）作为衬层，具有良好的嵌入性和顺应性。润滑油在轴与轴瓦间形成稳定的动压油膜，将滑动摩擦变为液体摩擦。轴承的刮研、间隙调整（顶隙、侧隙）是装配和维修的关键技术。

风机转子总成：这是一个高速旋转的精密组件，包含主轴、所有级的叶轮、平衡盘（用于抵消部分轴向推力）、联轴器部件等。每个叶轮都需单独进行静平衡和动平衡，组装成转子后还需进行整体高速动平衡，确保在工作转速下残余不平衡量在标准允许范围内，这是避免振动超标的核心。

密封系统：

气封（迷宫密封）：安装在叶轮进口与机壳之间、级间等位置。利用一系列环形齿片与轴（或轴套）形成微小间隙，气体通过时产生节流效应而减少泄漏。结构简单，非接触，但存在一定泄漏量。

碳环密封：一种接触式机械密封的变体，由多个碳石墨环组成，在弹簧力作用下与轴轻微接触，实现更有效的密封，尤其适用于不允许泄漏的有毒、贵重或危险气体。碳环具有自润滑性，磨损后可自动补偿。

油封：主要用于轴承箱两端，防止润滑油外泄和外部杂质进入轴承箱。常用骨架油封或迷宫式油封。

轴承箱：容纳轴承、轴瓦和润滑油的箱体。要求有足够的刚性以支撑转子，内部油路设计要合理，确保润滑油能充分循环，带走摩擦热并润滑轴承。通常集成油温、油压监测探头接口。

五、 风机运行维护与修理要点

对于D(Tm)1712-1.21这类关键设备，预防性维护和精准修理至关重要。

日常巡检与监测：

振动监测：使用振动分析仪定期监测轴承座各方向的振动速度或位移值。振动异常增大往往是转子不平衡、对中不良、轴承磨损或松动的最早征兆。

温度监测：轴承温度、润滑油温是重要指标。温升过高可能预示润滑不良、冷却失效或存在异常摩擦。

压力与流量监测：核对进出口压力、流量是否在正常范围，判断系统阻力变化或内部是否存在堵塞、泄漏。

听音检查：用听针或电子听诊器监听运行声音，辨别是否有摩擦、撞击等异响。

定期保养：

润滑油管理：定期取样化验润滑油，根据结果决定是否更换。保持油位正常，清洗或更换油过滤器。

紧固检查：检查地脚螺栓、轴承箱盖螺栓等关键连接件的紧固情况。

密封检查：检查气封、油封处有无明显泄漏。

常见故障与修理：

振动超标：首先检查对中情况（联轴器对中）。若对中良好，则可能需进行现场动平衡或拆解检查转子（叶轮积垢、叶片磨损、动平衡块脱落等）。轴承磨损或轴瓦间隙过大也是常见原因，需修刮或更换轴瓦。

轴承温度高：检查润滑油油质、油量、冷却水系统。可能是轴瓦刮研不良、接触面积不够或油路堵塞。严重时需停机检修轴承。

性能下降（压力/流量不足）：检查进口过滤器是否堵塞，管路系统有无泄漏。内部原因可能是叶轮腐蚀磨损严重、密封间隙因磨损过大导致内泄漏增加，此时需大修更换受损部件。

异响：需立即排查，可能是转子与静止件摩擦（如气封碰磨）、轴承损坏、或有异物进入风机。

大修流程：通常包括解体、清洗、检测（测量各部件尺寸、间隙）、修复或更换损坏件（如叶轮、轴瓦、密封环）、重新组装、精确对中、最终试车（包括机械运行试验和性能测试）。大修后应恢复风机原有设计性能和可靠性。

六、 输送各类工业气体的风机技术考量

在铥提纯乃至整个稀土冶金中，风机输送的介质多样，选型与设计必须“因气制宜”：

气体密度影响：风机产生的压力与气体密度成正比。输送氢气(H₂)等轻气体时，相同转速下产生的压力远低于空气，如需达到相同压力，需更高转速或更多级数；输送二氧化碳(CO₂)等重气体时则相反。功率消耗也与密度直接相关，计算公式为：轴功率等于（流量乘以压升）除以（风机效率乘以机械传动效率），其中压升与密度相关。

腐蚀性与材质选择：

工业烟气：可能含酸性成分（如SO₂, HCl），需选用耐蚀合金（如双相不锈钢、哈氏合金）或进行内衬防腐处理（如衬胶、衬氟）。

氧气(O₂)：禁油设计至关重要，所有流道部件需彻底脱脂，采用铜基合金或不锈钢，防止高速氧气流中油脂燃烧引发爆炸。密封通常采用氮气吹扫的迷宫密封或干气密封。

二氧化碳(CO₂)：干燥CO₂腐蚀性不强，但潮湿CO₂会形成碳酸，需考虑耐酸腐蚀。

危险性气体与密封：

氢气(H₂)：分子小，极易泄漏和爆炸。要求极高的密封等级，通常采用干气密封、串联式迷宫密封加氮气隔离等。电机需防爆。

氦气(He)、氖气(Ne)：惰性但贵重，要求泄漏率极低，密封设计与氢气类似。

氩气(Ar)：常用作保护气，要求纯净，防止油污污染，需采用无油或严密密封。

纯度要求：对于高纯度气体输送（如保护性Ar、Ne），必须杜绝润滑油污染。可采用磁悬浮或空气轴承的无油离心鼓风机，或采用带中间隔离气的双端面干气密封的齿轮箱增速风机。

D(Tm)1712-1.21及其系列风机在选型时，必须明确输送介质的详细组成、温度、压力、湿度及特殊要求（如纯度、防爆），从而确定合适的材质、密封方案、冷却方式和驱动配置。

七、 结论

重稀土铥的提纯是尖端材料制备的基石，而专用离心鼓风机则是这一基石得以稳固的“动力心脏”。D(Tm)1712-1.21型高速高压多级离心鼓风机作为该领域的典型代表，其设计融合了高转速、多级压缩、特种密封等关键技术，以满足特定流量和压力下的稳定、纯净气体输送需求。

深入理解其型号含义、掌握核心配件（如主轴、轴瓦、转子、密封）的功能与要求，是进行科学选型、规范操作和预防性维护的基础。同时，针对不同工业气体（从空气到危险的氢气、高纯的惰性气体）的物化特性，在材质、密封和系统设计上进行精准匹配，是确保风机安全、高效、长周期运行的根本。

对于风机技术人员而言，不仅需要扎实的流体机械与转子动力学知识，还需了解稀土提纯的工艺特点，将风机技术与工艺需求紧密结合，才能最大程度地发挥D(Tm)1712-1.21这类专用设备的效能，为提升我国重稀土战略资源的提取纯化水平提供可靠的装备保障。