重稀土铥(Tm)提纯专用离心鼓风机技术详解:以D(Tm)2693-1.52型风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土铥提纯、离心鼓风机、D(Tm)2693-1.52、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土冶炼、高压多级离心风机

引言：稀土提纯工艺与专用风机的关键角色

稀土，尤其是重稀土元素如铥(Tm)，是尖端科技与高端制造不可或缺的战略资源。其提纯过程复杂而精密，涉及焙烧、溶解、萃取、沉淀、煅烧等多个单元操作，这些工艺环节往往需要大量特定压力与流量的工业气体作为反应介质、保护气或输送动力。离心鼓风机作为提供稳定气源的核心动力设备，其性能直接关系到生产线的连续性、产品的纯度与一致性以及整体能耗水平。因此，针对重稀土铥提纯的严苛工况（如对气体纯度、压力稳定性、设备可靠性的高要求），开发与应用专用型离心鼓风机至关重要。本文将深入阐述此类专用风机的基础知识，并以一款典型型号:D(Tm)2693-1.52型高速高压多级离心鼓风机为核心，系统解析其技术内涵、关键配件及维护修理要点，并对输送各类工业气体的风机技术要点进行说明。

一、 重稀土铥(Tm)提纯专用风机系列概述

为全面覆盖稀土冶炼提纯各工序的需求，风机技术领域发展出了多个专用系列，每个系列针对不同的压力、流量及工艺特点进行优化设计。主要包括：

“C(Tm)”型系列多级离心鼓风机：通常采用多级叶轮串联结构，适用于中等压力、大流量的气体输送场景，如焙烧炉供风、大型反应釜鼓泡等，其效率高、运行平稳。

“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开发。浮选过程需要大量稳定、微细的气泡，这些风机通过特殊设计（如进口导叶、叶轮型线），确保提供压力稳定、流量可调的气流，以满足浮选机对充气量和气泡质量的要求，直接影响稀土矿的初步富集效率和品位。

“D(Tm)”型系列高速高压多级离心鼓风机：本文重点论述的系列。该系列风机通过采用高转速（通常通过齿轮增速箱驱动）和多级叶轮组合，能够实现较高的出口压力。特别适用于需要高压气源的工艺环节，例如：高压反吹清洗滤材、向高压反应系统强制供气、或是作为气体分离（如PSA制氮、膜分离）装置的原料气增压设备。型号D(Tm)2693-1.52即属于此系列的典型代表。

“AI(Tm)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，转子为悬臂式。适用于流量相对较小、压力要求中等的加压场合，如小型反应器的气体循环或补压。

“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：两者转子均为两端支撑，运行稳定性好。前者转速更高，适合中高压、中等流量；后者更为经典耐用，适用于广泛的工艺气体加压输送。双支撑结构使其能更好地适应负载变化，振动控制更优。

这些系列风机均可根据工艺要求，定制化输送包括但不限于：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)以及各种混合无毒工业气体。气体性质（分子量、密度、粘度、腐蚀性、危险性）是风机选型与设计的关键输入参数。

二、 核心机型深度解析：D(Tm)2693-1.52型高速高压多级离心鼓风机

2.1 型号释义与技术参数解读

型号 D(Tm)2693-1.52遵循了清晰的命名规则：

“D”：代表该风机属于“D型”高速高压多级离心鼓风机系列。

“(Tm)”：强调此风机为重稀土铥(Tm)提纯工艺特殊设计或优选适配，在材料选择、密封形式、内部清洁度等方面可能考虑了铥提纯工艺的具体要求（如避免金属污染、适应特定气体环境）。

“2693”：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。因此，该风机的额定流量为 2693 m³/min。这是一个非常大的流量值，表明该风机用于大规模生产或需要大量气源的工艺节点。

“-1.52”：表示风机出口的表压压力为 1.52个大气压（绝压约为2.52 ata）。根据命名规则，由于未标注进口压力（如“/0.98”等形式），默认其设计进口压力为 1个标准大气压。

举例对比：型号“D(Tm)300-1.8”表示同系列风机，流量为300 m³/min，出口压力为1.8个大气压，其流量远小于D(Tm)2693-1.52，但压力略高，适用于流量较小但需要更高压力的场合。

2.2 设计原理与性能特点

D(Tm)2693-1.52型风机实现大流量高压力的核心在于“高速”与“多级”。

高速性：通常通过内置或外置的齿轮增速箱，将电机（如异步电机）的转速（如2980 rpm）提升至数万转每分钟（例如15000-30000 rpm范围）。根据离心力基本公式（离心力与转速的平方成正比），高转速使单级叶轮能对气体施加更大的能量，产生更高的单级压升。

多级结构：气体从进口进入后，依次流经多个（可能为3-6级或更多）串联的叶轮和扩压器。每一级都提升气体压力，最终累计达到设计出口压力（1.52 atm G）。级间通常设有回流器引导气流以最佳角度进入下一级叶轮。

气动设计：针对2693 m³/min的大流量，其首级叶轮及通流元件（如进气室）会采用宽流道、大尺寸设计，以降低流速，减少流动损失。通流部件型线经过精密计算与优化，以确保在高流量下仍保持较高的多变效率。

热力学过程：气体在风机内的压缩过程接近多变压缩过程。压缩过程中气体会升温，温升量与气体性质（绝热指数）、压比和风机效率有关。对于输送特殊气体（如氧气、氢气），此温升是需要严格监控的安全参数。

2.3 关键配件与系统构成

为保证D(Tm)2693-1.52这类高性能风机的可靠运行，其核心配件至关重要：

风机主轴：作为转子的核心支撑与动力传递部件，必须具有极高的强度、刚度和动平衡精度。通常采用高强度合金钢（如40CrNiMoA）锻造而成，经过精密加工、热处理（调质）和探伤检验。高速运行时，其临界转速必须远高于工作转速，避免共振。

风机转子总成：这是风机的“心脏”，包含主轴、所有级别的叶轮、平衡盘（如有）、联轴器部件等。叶轮通常为后弯式或径向出口式，采用高强度铝合金、钛合金或不锈钢（如304、316）精密铸造或五轴联动数控加工而成，并经过超速试验和动平衡校正（G2.5级或更高）。整个转子总成在高速动平衡机上完成整体平衡，确保残余不平衡量在极低范围内。

风机轴承与轴瓦：对于D型高速风机，常采用滑动轴承（轴瓦）。轴瓦材料多为巴氏合金（锡锑铜合金）衬里，具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力。油润滑系统提供稳定的油膜，支撑转子并阻尼振动。其设计需保证在工作转速下形成充分的动压油膜，避免干摩擦。

密封系统：防止气体泄漏和油进入流道的关键。

气封（级间密封与轴端密封）：常采用迷宫密封。在转子和静止部件间形成一系列曲折间隙，增加流动阻力以减少气体泄漏。对于更严格的泄漏控制，会采用碳环密封。碳环依靠弹簧力紧贴轴套，形成接触式动态密封，泄漏量远小于迷宫密封，尤其适用于有毒、贵重或危险气体。

油封：位于轴承箱两端，主要防止润滑油外泄。常用形式包括唇形密封、机械密封或迷宫式油封。

轴承箱：承载滑动轴承座和轴承的壳体，内部构成油路，要求有足够的刚性以保证轴承孔的对中性，同时具有良好的散热设计。轴承箱通常配备温度传感器（铂热电阻）实时监控轴承温度。

齿轮增速箱（如为外置）：将电机转速提升至风机工作转速。齿轮采用高精度硬齿面齿轮，经过磨齿加工，确保平稳传动、低噪音和高效率。其润滑和冷却系统独立且可靠。

润滑系统：独立的强制润滑站，包括油泵、油箱、冷却器、双联过滤器、稳压阀及全面的监测仪表（压力、温度、流量），确保轴承和齿轮得到连续、清洁、温度适宜的润滑油供应。

控制系统：集成防喘振控制、负荷调节（如进口导叶调节）、安全联锁（振动、温度、压力超限停机）、过程参数监测等功能，确保风机在安全、高效的工况区内运行。

三、 风机维护、常见故障与修理要点

对于D(Tm)2693-1.52这类关键设备，预防性维护和精准修理是保障其长周期稳定运行的生命线。

3.1 日常维护与监测

振动监测：使用在线振动监测系统，持续监控轴承座各方向的振动速度或位移值。频谱分析能有效诊断不平衡、不对中、轴承磨损、叶片结垢等故障。

温度监测：密切关注轴承温度、润滑油进回油温度。异常升温往往是故障前兆。

工艺参数监控：记录流量、进出口压力、电机电流，与性能曲线对比，早期发现性能衰退（如通流部分结垢、密封磨损）。

润滑系统维护：定期化验润滑油品质，按时更换滤芯，保持油位、油压、油温正常。

密封检查：定期检查碳环密封的磨损情况及泄漏量。

3.2 常见故障分析与修理

振动超标：

原因：转子动平衡破坏（叶轮腐蚀、积垢、异物撞击）；对中不良；轴承磨损（轴瓦巴氏合金层疲劳、剥落或磨损）；基础松动；喘振。

修理：停机后，首先复查联轴器对中。若对中无误，则需抽出转子总成。检查叶轮有无损伤或结垢，进行清洗或修补。在动平衡机上重新校正转子动平衡。检查轴瓦间隙（常用压铅法测量），若超过允许值（一般为轴颈直径的千分之1.2至1.5），需刮研或更换新轴瓦。检查轴承座紧固情况。

轴承温度过高：

原因：润滑油不足、变质、冷却不良；轴承间隙过小或过大；轴瓦接触不良（局部高点接触）；轴向力过大（平衡盘失效）。

修理：检查润滑系统，确保油路畅通、油品合格、冷却器有效。测量调整轴承间隙至设计值。检查平衡盘及平衡管是否堵塞，确保轴向力平衡装置正常工作。必要时，重新刮研轴瓦，保证接触面积和均匀度。

性能下降（压力或流量不足）：

原因：进口过滤器堵塞；密封（特别是级间迷宫密封或碳环密封）磨损严重，内泄漏增大；叶轮流道腐蚀或积垢，效率降低；转速未达到额定值。

修理：清洗或更换进口滤网。解体检查各级密封间隙，更换磨损超差的密封件。彻底清洗叶轮及通流部件，恢复其表面光洁度和设计型线。检查驱动系统（电机、齿轮箱），确保转速达标。

异常噪音：

原因：喘振（发生在低流量、高压比区）；轴承损坏；齿轮箱故障；异物进入；转子与静止件摩擦。

修理：立即调整工况远离喘振区（开大放空阀或调节导叶）。停机检查声源，针对轴承、齿轮或内部摩擦痕迹进行排查修理。

大修流程：通常包括拆卸、清洗、检测、修理/更换、 reassembly、对中、单机试车、联动试车等步骤。关键尺寸（如各级间隙、轴承间隙、窜量）必须严格按照制造厂技术文件要求进行测量和调整。

四、 输送不同工业气体的风机技术考量

在为重稀土提纯工艺选配或设计输送特定工业气体的风机时，必须针对气体特性进行特殊设计：

气体密度与分子量：风机产生的压头与气体密度大致成正比。输送轻气体（如氢气H₂）时，相同压头需要更高的叶轮周向速度或更多级数，且电机功率会因质量流量小而降低，但设计上需重点考虑防泄漏。输送重气体（如氩气Ar）时，需校核电机功率是否足够。

腐蚀性气体（如湿氯气、酸性工业烟气）：通流部件（叶轮、蜗壳、扩压器）需采用耐腐蚀材料，如双相不锈钢、哈氏合金、或增加防腐涂层。密封材料也需兼容。

危险气体（氧气O₂、氢气H₂）：

氧气风机：严禁油脂。所有零件需进行严格的脱脂清洗。材料选择需考虑在高压纯氧环境下的可燃性（禁铜及铜合金），通常采用不锈钢。运行中严防异常温升和异物撞击产生火花。

氢气风机：重点在于极高的防泄漏要求。密封必须极其可靠，优先采用干气密封或高性能碳环密封。外壳设计需考虑防爆泄压。电气元件需防爆。

惰性气体（氮气N₂、氦气He、氖气Ne、氩气Ar）：主要考虑其密度和热力性质对性能曲线的影响，以及系统的密闭性要求，防止空气渗入影响工艺气体纯度。

二氧化碳(CO₂)：注意其在高压下可能发生相变，设计时应避开临界区。同时考虑其可能存在的腐蚀性（尤其含水时）。

混合无毒工业气体：需明确其具体的容积组成，计算平均分子量、绝热指数等关键参数，作为风机设计的依据。

对于重稀土铥(Tm)提纯流程，输送的气体可能涉及氮气（保护气）、氧气（焙烧）、氢气（还原气氛）、特种混合气体等。因此，风机选型必须是工艺、气体性质、材料科学和机械工程的深度结合。型号中的“(Tm)”标识，即意味着该风机在材料兼容性、密封等级、清洁度控制等方面，已充分考量了铥提纯工艺的特定需求。

结论

重稀土铥的提纯是一项对设备可靠性、稳定性和适配性要求极高的精密工业过程。D(Tm)2693-1.52型高速高压多级离心鼓风机作为该流程中可能用于关键气体增压输送的核心设备，其大流量、高压力的特性通过高速多级技术实现，而其长期稳定运行则依赖于从主轴、转子总成、轴瓦、到碳环密封、轴承箱等每一个关键配件的精密制造与正确维护。深入理解其型号含义、工作原理、配件功能及故障修理方法，是保障稀土生产线平稳高效运行的基石。同时，针对不同工业气体的理化特性进行风机的差异化设计与选型，是确保工艺安全、产品纯度和经济性的前提。随着稀土产业的持续升级，对专用风机技术的要求必将朝着更高效率、更高可靠性、更智能化和更深度工艺融合的方向不断发展。