重稀土铥(Tm)提纯专用风机:D(Tm)936-2.95型高速高压多级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)936-2.95、风机配件、风机维修、工业气体输送、多级离心式

摘要

在重稀土元素，尤其是高价值的铥（Tm）的湿法冶金提纯工艺中，涉及焙烧烟气处理、酸性或碱性介质气体的输送、反应釜加压及尾气回收等多个关键气力环节。这些环节对气体输送设备:离心鼓风机的可靠性、密封性、耐腐蚀性及压力控制精度提出了极端苛刻的要求。本文旨在系统阐述应用于重稀土铥提纯领域的专用离心鼓风机基础知识，并以其核心高压设备D(Tm)936-2.95型高速高压多级离心鼓风机为范例，深度解析其型号意义、核心配件构成、典型维修要点，并对输送各类相关工业气体的风机选型与技术考量进行综合性说明，以期为业内工程技术人员提供专业参考。

一、 重稀土铥提纯工艺与风机设备概述

重稀土铥（Tm）的提取与分离通常采用溶剂萃取、离子交换、真空还原等复杂工艺。过程中，风机设备扮演着不可或缺的角色：

气体输送与加压：为焙烧炉、反应釜等提供氧化性（如空气、氧气）或保护性（如氮气、氩气）气氛，或对工艺气体（如CO₂、工业烟气）进行加压输送。

气力辅助分离：在特定浮选或气提工序中，提供稳定、洁净的气源。

废气处理与循环：输送含有腐蚀性成分（如HF酸雾、Cl₂、SO₂等）的工艺尾气至处理系统。

针对上述不同工况，衍生出系列化的专用风机型号，如前缀代号所示：

“C(Tm)”系列：多级离心鼓风机，适用于中等压力、大流量的稳定气体输送。

“CF(Tm)”/“CJ(Tm)”系列：专用浮选离心鼓风机，针对浮选工艺优化，强调气流平稳与微气泡生成特性。

“D(Tm)”系列：本文重点，即高速高压多级离心鼓风机，通过多级叶轮串联和高转速设计，满足提纯工艺中所需的高压头要求。

“AI(Tm)”/“S(Tm)”/“AII(Tm)”系列：单级加压风机，分别采用悬臂、高速双支撑、双支撑等不同结构，适用于压力相对较低但空间或安装有特殊要求的场合。

这些风机可安全输送的介质覆盖了空气、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，其材质与密封选择需根据气体特性定制。

二、 核心设备详解：D(Tm)936-2.95型高速高压多级离心鼓风机

该型号是重稀土铥提纯线中用于关键高压气体工位的核心动力设备。

1. 型号释义

D(Tm)：表示“D”系列，专为重稀土铥（Tm）提纯工艺设计的高速高压多级离心鼓风机。

936：表示风机在标准进气状态下的额定流量为每分钟936立方米。这是风机设计的关键参数，直接关联工艺系统的气量需求。

-2.95：表示风机出口的绝对压力为2.95个大气压（即表压约为1.95 bar或0.195 MPa）。此压力值对于确保气体穿透反应介质、维持系统背压至关重要。根据命名规则，此处未标注进口压力，即默认进口压力为1个标准大气压。

2. 结构特点与工作原理
D(Tm)系列风机采用轴向进气、径向排气、多级叶轮同轴串联的结构。驱动端（通常为电机）通过增速齿轮箱将转速提升至数千甚至上万转每分钟，驱动风机转子总成高速旋转。气体从进气室吸入，流经每一级叶轮和导叶，在离心力的作用下逐级获得动能并转化为压力能，最终在末级蜗壳汇集后以高压排出。其核心压力生成遵循离心式风机的基本压力方程，即风机产生的理论压力与叶轮圆周速度的平方成正比，与气体密度成正比。因此，通过增加叶轮级数和提高转速是实现高压的有效途径。

3. 核心配件系统详述
为保证D(Tm)936-2.95在高压、高速下长期稳定运行，其配件系统经过特殊设计与选材。

风机主轴：作为转子系统的核心承力与传动部件，采用高强度合金钢（如42CrMo）锻制，经调质热处理、精密加工和动平衡校正。它必须具备极高的刚性、疲劳强度和临界转速裕度，以承受多级叶轮产生的巨大离心力、气体轴向力以及齿轮箱传递的扭矩。

风机转子总成：由主轴、多级叶轮、定距套、平衡盘（鼓）、锁紧螺母等组件构成。叶轮是能量转换的核心，根据输送气体性质（如是否含腐蚀性成分）选用不锈钢（如304、316L）、双相不锈钢或钛合金等材料精密铸造或焊接而成。每级叶轮都需进行超速试验和单独动平衡，整个转子总成完成后需进行高速动平衡，将残余不平衡量控制在极低水平，这是避免高速振动的基础。

轴承与轴瓦：D(Tm)系列高速风机常采用滑动轴承（轴瓦）。轴瓦通常为剖分式，内衬巴氏合金等高减摩材料。滑动轴承在高速重载下具有更优的阻尼特性和稳定性。润滑油系统持续向轴瓦供油，形成稳定的油膜，将主轴“悬浮”起来，实现无接触支承，摩擦损耗小，寿命长。轴承间隙需严格按照标准调整。

密封系统：这是防止气体泄漏和润滑油污染的关键，尤其对于输送贵重、有毒或危险性工业气体时。

气封与油封：在轴承箱与机壳接合处，通常设置迷宫密封或组合密封，防止机壳内气体窜入轴承箱（气封）和轴承箱润滑油外泄（油封）。

碳环密封：在风机轴端，特别是输送特殊气体（如氧气、氢气）或要求零泄漏的场合，常采用碳环密封。它由多个石墨环组成，在弹簧力作用下紧贴轴套端面，形成多级节流的非接触或微接触密封，具有自润滑、耐高温、化学稳定性好、泄漏量极低的特点，非常适合稀土提纯中的复杂介质。

轴承箱：是容纳主轴轴承（轴瓦）、密封并存储润滑油的独立壳体。要求有良好的刚性、散热性和防渗漏设计。箱体上设有油位计、温度测点、进回油口等。

增速齿轮箱：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，确保传动平稳高效，噪声振动低。其润滑和冷却系统独立且至关重要。

三、 D(Tm)系列风机的维护与修理要点

风机的高可靠性依赖于规范维护与及时修理。

1. 日常维护

振动与温度监测：定期记录轴承（特别是轴瓦回油温度）、齿轮箱轴承和油温的振动值与温度，异常升高是故障的前兆。

润滑油系统检查：确保油位正常，油质清洁（定期化验），油压稳定，冷却器工作有效。

密封检查：观察碳环密封等轴端密封的泄漏情况，在允许范围内。

滤清器维护：定期清洗或更换进气滤清器，防止叶轮磨损或结垢。

2. 常见故障与修理

振动超标：最常见故障。原因可能包括：转子不平衡（叶轮结垢、磨损或涂层脱落）、对中不良、轴承（轴瓦）磨损间隙过大、基础松动或管道应力。修理需停机检查，重新进行动平衡校正，调整对中，更换轴瓦或调整间隙。

轴承（轴瓦）温度高：可能因油路堵塞、油质恶化、冷却不良、轴承负荷过大或安装间隙不当引起。需清洗油路、换油、检查冷却系统，或重新刮研、调整轴瓦。

性能下降（压力/流量不足）：可能因内部泄漏增大（如密封磨损间隙过大）、进气滤网堵塞、转速下降或叶轮腐蚀磨损导致。需检查气封、碳环密封等内部密封间隙，必要时更换；检查叶轮状态，严重磨损需修复或更换。

气体泄漏：轴端碳环密封磨损、老化或弹簧失效是主要原因。需停机更换整套碳环密封组件，安装时确保清洁和正确的预紧力。

转子总成大修：长期运行后，需对风机转子总成进行解体大修，包括检查主轴直线度、叶轮内孔与轴配合、更换所有密封件、重新进行高速动平衡。这是恢复风机性能最彻底的方法。

四、 输送不同工业气体的风机技术考量

在铥提纯工艺中，输送不同气体需针对性设计：

空气、氮气(N₂)、氩气(Ar)：为常规惰性或氧化性介质，标准材质（如碳钢、不锈钢）即可满足，重点在于压力与流量匹配。

氧气(O₂)：极强的氧化剂。风机所有通流部件（叶轮、机壳、密封）必须采用禁油设计（特殊脱脂处理），材质选用不锈钢或铜合金，以防止油脂在高压氧气中燃烧。碳环密封因其石墨材质的自润滑和无油特性，是理想选择。

氢气(H₂)、氦气(He)：密度小、易泄漏。风机设计需特别注重所有接合面的密封，轴封常采用多级碳环密封或干气密封以最小化泄漏。结构上需考虑防爆要求。

二氧化碳(CO₂)：潮湿的CO₂具有弱酸性。输送时需保持气体干燥，或选用耐蚀材料如不锈钢。

工业烟气：成分复杂，可能含酸性气体（SO₂, NOx）、湿气和颗粒物。风机需选用高等级耐腐蚀材料（如双相钢、哈氏合金），进气管路设除雾、过滤装置，内部流道可能需防腐涂层。密封需能耐受腐蚀，定期维护周期缩短。

对于D(Tm)936-2.95这类高压风机，在选型用于上述特殊气体时，除了材质和密封，还需重新计算功率（因气体密度不同），并确保所有安全附件（如安全阀、防喘振系统）齐全有效。

结论

重稀土铥的提纯是一项高技术壁垒的产业，其对配套风机设备的要求极为严苛。D(Tm)936-2.95型高速高压多级离心鼓风机作为该工艺高压气体输送环节的核心装备，其高性能的实现依赖于精密设计的风机主轴、转子总成，可靠的轴瓦轴承系统，以及针对特定介质（如采用碳环密封）的先进密封技术。深入理解其型号参数、结构原理、配件功能及维修要点，并掌握针对不同工业气体的选型与适应性改造知识，是保障稀土提纯生产线连续、稳定、高效和安全运行的技术基石。未来，随着提纯工艺的不断升级，对风机设备的效率、智能控制和材料耐蚀性将提出更高要求，推动着专用风机技术持续向前发展。