重稀土铥(Tm)提纯专用离心鼓风机基础知识与D(Tm)1570-1.69型风机技术详述

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土铥(Tm)提纯、离心鼓风机、D(Tm)1570-1.69、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心鼓风机、气封、碳环密封、轴瓦

一、引言：稀土提纯工艺与风机关键角色

在稀土元素分离与提纯，尤其是重稀土如铥(Tm)的萃取、浮选、灼烧、气体输送等关键工序中，离心鼓风机是不可或缺的核心动力与工艺气体输送设备。其性能的稳定性、效率及对特殊介质的适应性，直接关系到最终产品的纯度、产量及生产成本。针对重稀土铥(Tm)提纯工艺中高压、高纯、防泄漏、耐腐蚀等苛刻要求，专用的离心鼓风机系列应运而生。本文将系统阐述此类风机的基础知识，并重点剖析重稀土铥(Tm)提纯专用风机型号D(Tm)1570-1.69的技术特性，同时对风机核心配件、常见修理要点及广泛的工业气体输送应用进行深入说明。

二、重稀土铥(Tm)提纯专用风机系列概览

为满足铥(Tm)提纯全流程不同环节的工艺需求，已发展出多个专用风机系列，各司其职：

“C(Tm)”型系列多级离心鼓风机：适用于中等压力、大流量的气体输送环节，如焙烧炉鼓风、物料气流输送等，结构坚固，运行可靠。

“CF(Tm)”与“CJ(Tm)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门为浮选工序设计，注重压力稳定性和微气泡发生所需的气体特性，对风压和流量的控制精度要求较高。

“D(Tm)”型系列高速高压多级离心鼓风机：本系列是高压环节的主力，如高压反吹、加压萃取、尾气高压输送等。其特点是采用高转速设计，通过多级叶轮串联获得高压力升，是本文重点阐述的型号所属系列。

“AI(Tm)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于中低压、小流量的局部加压或循环气体工况。

“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：均为单级结构，前者转速更高，后者更侧重稳定与耐用性，常用于工艺气体的初步加压或辅助输送。

三、核心型号深度解析：D(Tm)1570-1.69型高速高压多级离心鼓风机

型号释义：遵循“D(Tm)300-1.8”的命名规则，D(Tm)1570-1.69表示：

D(Tm)：D系列高速高压多级离心鼓风机，专为重稀土铥(Tm)提纯工艺优化设计。

1570：风机在标准进口状态（通常指进口压力为1个标准大气压，温度20℃，特定介质）下的额定体积流量，单位为立方米每分钟。即该风机额定流量为1570 m³/min。此流量参数是选型时匹配工艺需求（如反应器规模、气体置换速率）的核心依据。

-1.69：表示风机出口的绝对压力值为1.69个标准大气压（绝对压力）。通常，若未特殊标注进口压力，则默认进口压力为1个标准大气压（绝对压力）。因此，该风机的压升（压力增量）约为0.69个大气压（表压约69kPa）。此压力等级适用于需要克服较高系统阻力或实现特定气体溶解、穿透深度的提纯环节。

设计与性能特点：

高压实现原理：该型号通过串联多个高精度的离心式叶轮实现高压升。气体每经过一级叶轮和导叶，其压力就得到一次提升。多级结构使得在单机情况下获得远高于单级风机的压比成为可能。其总压头H（单位：米气柱）可通过多级叠加公式粗略估算：总压头 ≈ 单级压头 × 级数。实际压力还需根据气体密度、效率等进行精确计算。

高速特性：为达到所需压力，转子通常工作在数千甚至上万转每分钟的高转速下。这要求转子必须经过严格的动平衡校正，且支撑系统（轴承）和轴系设计必须能稳定应对高转速带来的动力学挑战。

介质适应性：针对铥(Tm)提纯可能涉及的气体（如空气、氮气N₂、氩气Ar等保护性气体，或特定工艺烟气），风机过流部件（叶轮、机壳、进气室）的材质需进行针对性选择，如采用不锈钢、特种合金或涂层，以防止腐蚀和污染。

效率与工况点：风机的运行效率与其工况点紧密相关。最佳效率点（BEP）通常设计在额定流量（1570 m³/min）附近。在选型配套（如与跳汰机、加压釜配套）时，应使工艺所需的风量和系统阻力形成的工况点尽可能接近BEP，以保证高效、稳定运行。

四、风机核心配件详解

D(Tm)1570-1.69型风机的可靠运行依赖于一系列高精度、高性能的配件：

风机主轴：作为转子系统的核心承力与传动部件，通常采用高强度合金钢（如42CrMo）锻造，经调质处理和精密加工而成。它必须具备极高的强度、刚度和疲劳韧性，以传递巨大扭矩并承受高速旋转下的复杂交变应力。主轴上的各个装配位置（如叶轮、联轴器、轴承位）有严格的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度要求。

风机转子总成：这是风机的“心脏”，由主轴、多级叶轮、平衡盘（鼓）、轴套等组件过盈配合或键连接装配而成。每个叶轮都需进行单独和整体的动平衡测试，确保在高速下残余不平衡量极低，从而避免有害振动。转子的临界转速计算必须远高于工作转速，以避免共振。

风机轴承与轴瓦：对于大功率、高转速的多级鼓风机，滑动轴承（轴瓦）因其承载能力强、阻尼性能好、适合高速运行而被广泛应用。轴瓦通常采用巴氏合金（一种锡基或铅基低摩擦系数合金）作为衬层，浇铸在钢背瓦壳内。其与主轴轴颈之间形成稳定的油膜，实现液体摩擦。轴承间隙（顶隙、侧隙）是极其关键的技术参数，需严格按设计要求装配和调整。

密封系统：

气封与油封：在轴穿过机壳的位置，必须设置严密的密封以防止气体泄漏和润滑油渗入流道。气封（如迷宫密封）利用多道环形齿隙形成曲折路径，极大地增加泄漏阻力。油封则主要用于轴承箱端，防止润滑油外泄。

碳环密封：在输送易燃、易爆、昂贵或有害工业气体（如氢气H₂、氦气He、氧气O₂）时，常采用碳环密封作为更高级的轴端密封形式。它由数个具有自润滑特性的石墨环组成，在弹簧力和气体压力作用下紧贴轴套或轴表面，形成几乎零泄漏的径向接触密封，安全性极高。

轴承箱：是容纳轴承、轴瓦并提供稳定润滑油路的铸件或焊接件。它必须保证良好的对中性、足够的刚性，并集成可靠的进油、回油、冷却和监测（如测温、测振探头安装）接口。润滑油系统（包括主油泵、辅助油泵、冷却器、过滤器等）是轴承箱正常工作的保障，确保油压、油温、油质稳定。

五、风机常见故障与修理要点

风机的维护与修理是保障其长周期稳定运行的关键。

振动超标：

原因：最常见的原因是转子动平衡破坏（如叶轮结垢、磨损不均、部件松动）；对中不良（联轴器对中精度超差）；轴承磨损或损坏（轴瓦巴氏合金层脱落、磨损、烧蚀）；基础松动或管道应力过大。

修理：首先进行振动频谱分析定位故障源。对转子进行现场或离线动平衡校正。重新进行精细对中。检查并更换损坏的轴瓦，刮研新轴瓦以确保接触面积和间隙符合标准。紧固地脚螺栓，消除外部管道应力。

轴承温度过高：

原因：润滑油问题（油量不足、油质劣化、油路堵塞、油冷却器失效）；轴承装配问题（间隙过小、预紧力过大、接触不良）；过载运行或超速运行。

修理：检查并清洗油路、滤网，更换合格润滑油，修复冷却器。重新调整轴承间隙。确保风机在额定工况附近运行。

风量或压力不足：

原因：进口过滤器堵塞；密封间隙过大（尤其是叶轮口环密封、级间密封、轴端气封），导致内泄漏严重；转速下降（如驱动电机故障、皮带打滑）；叶轮磨损或腐蚀，导致型线改变，做功能力下降。

修理：清洗或更换过滤器。停机测量并调整或更换磨损的密封件（迷宫密封齿、碳环等）。检查驱动系统，恢复额定转速。对严重磨损的叶轮进行修复或更换。

气体泄漏：

原因：轴端密封失效（碳环磨损、弹簧失效、迷宫密封齿严重磨损）；壳体或管道连接处密封件老化。

修理：对于碳环密封，检查并更换磨损的碳环组件，确保弹簧力均匀。对于迷宫密封，视情况更换密封套或修复密封齿。更换所有静态密封垫片。

所有修理工作，尤其是涉及转子、轴承、密封等核心部件的拆装，必须严格遵循维修手册，使用专用工具，并做好详细的维修记录。大修后应进行全面的性能测试和机械运转试验。

六、输送各类工业气体的特殊考量

D(Tm)系列及其它专用风机可输送的气体种类繁多，不同物性气体对风机设计选型和安全运行提出特殊要求：

气体密度影响：风机的压头（能量头）与气体密度基本无关，但其产生的压力与气体密度成正比。例如，输送密度远小于空气的氢气(H₂)时，在相同转速和流量下，出口压力会显著降低；而输送密度大于空气的氩气(Ar)时，压力会升高。电机功率也与气体密度成正比。选型时必须按实际气体密度进行性能换算。

安全性要求：

氧气(O₂)：助燃性极强。风机必须彻底除油，所有过流部件需采用禁油材料和特殊处理工艺（“脱脂”处理）。密封需绝对可靠，防止油脂进入。通常选用无油润滑的碳环密封或干气密封。

氢气(H₂)、氦气(He)：密度小，易泄漏，扩散性强。对密封（尤其是轴端密封）的要求极高，必须采用像碳环密封或更先进的干气密封，确保微泄漏甚至零泄漏。电机需防爆。

一氧化碳(CO)、工业烟气：可能具有毒性、腐蚀性或含尘。需考虑机壳、叶轮的耐腐蚀材质（如不锈钢316L、耐热合金），并可能需要在进口前设置高效除尘、洗涤装置，防止风机磨损和结垢。

气体纯度要求：对于高纯气体（如半导体行业用的高纯氮N₂、氩Ar），风机内部必须高度清洁，材质不得有脱落、析出，密封需严防外部空气渗入污染。

温度与腐蚀：输送高温气体（如工业烟气）时，需考虑材料的热强度、热膨胀差异，并可能设置冷却系统。对于酸性气体，材质选择至关重要。

在为重稀土铥(Tm)提纯工艺选配风机时，必须明确每一环节所输送气体的具体成分、温度、压力、洁净度及危险性，与风机专业制造商深入沟通，进行针对性的设计和选材，以确保整个提纯系统的安全、高效和纯净。

七、结论

重稀土铥(Tm)的提纯是一项技术密集型产业，对配套装备的性能和可靠性要求极高。D(Tm)1570-1.69型高速高压多级离心鼓风机作为该流程中高压气体动力单元的代表，其精心的系列化设计、严谨的型号参数定义、复杂精密的内部配件（如主轴、转子、轴瓦、碳环密封）以及针对性的维修维护策略，共同构成了保障其稳定高效运行的技术基石。同时，深刻理解风机输送不同工业气体时的特殊技术要求，是进行安全、正确选型和应用的前提。只有将风机的技术特性与稀土提纯的具体工艺要求深度融合，才能最大程度发挥装备效能，为我国战略性稀土资源的高质化利用提供坚实保障。