重稀土铥(Tm)提纯专用风机:D(Tm)118-2.37型离心鼓风机技术解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土铥提纯、离心鼓风机、D(Tm)118-2.37、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土分离专用设备

一、稀土矿提纯与离心鼓风机技术概述

在稀土冶金工业中，重稀土元素铥（Tm）的提取与纯化是高端材料制备的关键环节。铥作为重要的重稀土元素，在激光材料、核磁共振、高温超导等领域具有不可替代的应用价值。其提取工艺通常包括矿石分解、溶剂萃取、离子交换和高温还原等多个阶段，这些过程对气体输送设备提出了特殊要求：需要提供稳定、洁净、特定压力与流量的工艺气体，且必须耐受不同程度的腐蚀性与高温环境。

离心鼓风机作为稀土冶炼过程中的核心动力设备，主要负责为跳汰机、浮选机、焙烧炉、还原炉等装置提供工艺气体。与传统风机相比，用于稀土提纯的离心鼓风机在设计、材料选择、密封形式和运行控制方面都有特殊考量。针对铥元素提纯的苛刻工况，我公司开发了“Tm”系列专用风机，其中包括C(Tm)、CF(Tm)、CJ(Tm)、D(Tm)、AI(Tm)、S(Tm)、AII(Tm)等多个系列，覆盖了从浮选、分离到精炼的全流程气体输送需求。

这些风机可输送的气体介质十分广泛，包括空气、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。不同的工艺环节选择相应型号的风机，是保障提纯效率、产品纯度和生产安全的关键。

二、D(Tm)118-2.37型高速高压多级离心鼓风机技术详解

2.1 型号命名规则与基本参数

以本文重点介绍的D(Tm)118-2.37型风机为例，其型号解析如下：

“D”：代表D系列高速高压多级离心鼓风机。该系列风机采用多级叶轮串联结构，通过逐级增压实现较高的出口压力，特别适用于需要中高压气源的工艺流程。

“(Tm)”：表示该风机为铥(Tm)元素提纯工艺专用设计，在材料相容性、密封等级和防污染方面有特殊配置。

“118”：表示风机在设计工况下的进口流量为每分钟118立方米。这是风机选型的核心参数之一，需根据跳汰机或其它配套设备的气量需求精确匹配。

“-2.37”：表示风机出口绝对压力为2.37个大气压（即表压约为1.37公斤力/平方厘米）。该压力值是在进口压力为1个标准大气压（若无特别标注“/”符号，则默认进口压力为常压）的条件下测得的。此压力等级能够满足多数重稀土跳汰选矿和部分气体保护工艺的要求。

作为对比，D(Tm)300-1.8型风机表示：D系列铥提纯专用风机，流量300立方米/分钟，出口绝对压力1.8个大气压，通常与大型跳汰机配套使用。

2.2 设计特点与结构原理

D(Tm)系列风机属于多级离心式鼓风机，其核心工作原理基于叶轮旋转对气体做功，将机械能转化为气体的压力能与动能。气体沿轴向进入风机，经过首级叶轮加速后，进入扩压器将部分动能转化为静压能，随后流入下一级叶轮继续增压，如此逐级进行，最终在末级达到设计压力后排出。

对于D(Tm)118-2.37型风机，其设计重点在于：

高压比与小流量特性：通过优化叶轮叶片型线（采用后弯式叶片以提高效率）和严格控制级间间隙，在相对较小的体积流量下实现较高的单级压升，从而用较少的级数达到目标压力，减少设备尺寸和摩擦损失。

高速转子设计：采用高转速设计（通常通过齿轮箱增速驱动，转速可达每分钟数千至上万转）来缩小叶轮直径，提高单级压头。转子经过严格的动平衡校验，残余不平衡量符合G2.5级标准，确保高速下的稳定运行。

材料兼容性：所有与工艺气体接触的部件（如机壳、叶轮、隔板）均采用与铥提纯工艺介质相容的材料。若输送洁净空气或惰性气体，可采用优质铸铁或碳钢；若介质含有腐蚀性成分（如微量酸性气体或卤化物），则采用不锈钢（如304、316L）或进行特种涂层处理。

热管理：由于多级压缩和气体摩擦，出口气体会有一定温升。设计时通过计算压缩过程的温升公式（等熵效率与绝热温升关系式），合理选择材料和冷却方式（如机壳夹套水冷或级间冷却），防止因温升过高影响工艺或设备安全。

2.3 核心部件解析

2.3.1 风机主轴与转子总成

主轴是传递扭矩和支撑转子的核心零件。D(Tm)118-2.37的风机主轴采用高强度合金钢（如42CrMo）整体锻制，经调质处理获得良好的综合机械性能。主轴与叶轮的连接通常采用过盈配合加键连接，确保在高转速下传递巨大扭矩的同时保持对中性。
转子总成包括主轴、所有级的叶轮、平衡盘、联轴器部件等。每个叶轮均单独进行超速试验（试验转速为设计转速的115%以上）。组装后的转子总成进行高速动平衡，确保在整个工作转速范围内振动值优于ISO 1940 G2.5标准。

2.3.2 轴承与轴瓦

D系列风机通常采用滑动轴承（轴瓦），因其承载能力强、阻尼特性好，更适合高速重载工况。轴瓦材料多为巴氏合金（锡基合金），其良好的嵌入性和顺应性可有效缓解微小的不对中或冲击。轴承润滑采用强制循环油系统，润滑油不仅起到润滑作用，还带走轴承摩擦产生的热量。油压、油温均有监控报警装置。

2.3.3 密封系统

密封是防止气体泄漏和润滑油污染的关键，D(Tm)118-2.37配备多重密封：

气封（迷宫密封）：位于机壳两端和级间，通过一系列节流齿隙形成流动阻力，减少级间窜气和轴向泄漏。齿形和间隙经过精密计算与加工，在非接触条件下达到最佳密封效果。

油封：位于轴承箱与轴伸处，防止润滑油外泄。常用形式为骨架油封或机械式油封。

碳环密封：在输送特殊气体（如氢气、氦气等轻气体或贵重气体）时，端密封可能会采用碳环密封。它由一组碳环组成，在弹簧作用下与轴保持轻微接触，形成动态密封，泄漏量远小于迷宫密封。碳环材料具有自润滑性，对轴的磨损小。

2.3.4 轴承箱与机壳

轴承箱为独立铸件，为轴承提供稳定支撑，内部有油路和冷却腔。机壳为水平剖分式，便于转子安装检修。材料根据介质选择，设计压力为最高工作压力的1.5倍以上，并进行水压试验。

三、D(Tm)系列风机在铥提纯工艺中的应用

在重稀土铥的提纯流程中，D(Tm)118-2.37型风机主要可能应用于以下环节：

跳汰选矿：为重介质跳汰机提供稳定、压力恒定的气流，通过脉冲使床层松散，实现矿物按密度分层，初步富集稀土矿物。

气流输送：在干燥或焙烧后，将粉状的中间产物进行气力输送。

气体保护或反应气体输送：在高温还原或某些湿法冶金步骤中，可能需要输送氮气、氩气等保护性气体，或输送特定的反应气体。

选型时，除了流量和压力，还需充分考虑气体的密度（与标准空气的差异）、温度、湿度、洁净度以及是否有腐蚀性成分。这些参数将影响风机的实际性能曲线、材料选择和轴功率计算。风机所需的轴功率大致与流量、压升和气体密度成正比，与风机效率成反比。

四、风机重要配件的维护与更换

为保证D(Tm)118-2.37型风机长期稳定运行，对关键配件的状态监控和定期更换至关重要。

过滤器：进气过滤器是保护风机的第一道防线。必须定期清洁或更换滤芯，防止粉尘进入风机导致叶轮磨损、平衡破坏或密封损坏。压差计是判断滤芯堵塞情况的重要工具。

润滑油与滤油器：严格按照厂家规定牌号和周期更换润滑油。循环油路的滤油器应定期更换滤芯，确保润滑油清洁度达到NAS 7级或更高标准。

轴承与轴瓦：监测轴承温度、振动和润滑油分析（铁谱分析）。轴瓦巴氏合金层出现剥落、严重磨损或与轴颈间隙超过允许值（通常为轴径的千分之一点二到千分之一点五）时，必须更换。更换后需重新刮研，确保接触面积和油楔形状符合要求。

密封件：

迷宫密封：检查密封齿是否有磨损、倒伏。间隙过大（通常要求径向间隙为轴径的千分之二到千分之三，具体看设计值）会导致效率下降，需更换密封体。

碳环密封：检查碳环的磨损量和弹簧张力。碳环属于易损件，需按计划定期更换。

联轴器与对中：定期检查弹性联轴器的弹性体磨损情况，并重新进行轴对中校准。热态运行下的对中精度是减少振动和轴承负荷的关键。

五、风机常见故障分析与修理要点

针对D(Tm)系列风机，常见的故障及修理措施包括：

振动超标：

原因：转子积垢破坏平衡；叶轮磨损或局部损坏；轴承磨损；对中不良；地脚螺栓松动；喘振（系统压力异常高于风机排气压力导致气流倒灌）。

修理：停机清洁转子；更换损坏叶轮并重新做动平衡；更换轴承；重新对中；紧固地脚螺栓；检查系统阻力，确保风机在稳定工况区运行，必要时增设防喘振阀。

轴承温度过高：

原因：润滑油不足或变质；冷却器效率下降；轴承间隙过小；负载过大或对中不良。

修理：检查油位、油质，更换润滑油；清洗冷却器；调整或更换轴承，保证合适间隙；检查系统是否超压，重新对中。

风量或压力不足：

原因：进气过滤器堵塞；密封间隙过大导致内泄漏严重；转速未达到额定值（如皮带打滑）；叶轮腐蚀或磨损严重；气体成分或进口条件与设计不符。

修理：清洗或更换滤芯；更换迷宫密封条或碳环；检查驱动电机和传动部件；修复或更换叶轮；核实工艺气体参数。

异常噪音：

原因：轴承损坏；转子与静止件摩擦（如气封）；喘振；齿轮箱（如有）故障。

修理：根据音源判断，相应更换轴承、调整间隙、消除喘振条件或检修齿轮箱。

大修流程通常包括：解体清洗、全面检测、更换所有规定易损件、修复磨损部件、重新组装、对中、单机试车（检查振动、温度、性能参数）。大修后应进行性能测试，确保达到原设计指标。

六、输送各类工业气体的特殊考量

“Tm”系列风机设计可适应多种工业气体，但输送不同气体时需特别注意：

密度差异大的气体：如氢气密度极小，氦气次之。输送这类气体时，风机产生的压头相同，但所需功率显著降低（功率与密度成正比）。同时，轻气体更容易泄漏，对密封（尤其是碳环密封）要求更高。而输送密度大的气体（如氩气）则功率需求增大，电机选型需注意。

危险性气体：

氧气：严禁油脂，所有部件必须进行严格的脱脂处理，避免高速摩擦部位因油脂存在引发燃爆。材料选择上需考虑在纯氧中的可燃性。

氢气：除了防泄漏，还要注意电气设备的防爆等级。氢气在高速流动中易产生静电，需确保良好的接地。

氮气、氩气等惰性气体：在密闭空间输送时有窒息风险，设备布置需保证通风。

腐蚀性气体：如工业烟气中可能含有SO₂、水蒸气等。需根据腐蚀成分和浓度选择不锈钢、特种合金或防腐涂层。同时，注意停机时的吹扫和干燥，防止冷凝酸腐蚀。

湿气体：含有饱和水蒸气的气体在压缩过程中可能冷凝，造成叶轮腐蚀和水击。必要时需在进口前对气体进行干燥，或采用耐蚀材料并设计可靠的冷凝液排放口。

七、总结

重稀土铥(Tm)提纯专用风机D(Tm)118-2.37作为一款针对特定工艺开发的高速高压多级离心鼓风机，其设计融合了流量、压力、介质特性、可靠性和维护性等多方面考量。从核心的主轴转子、轴瓦轴承，到精密的迷宫密封与碳环密封，每一个部件都关乎着整个铥提纯生产线的平稳与高效。

对于风机用户而言，深入理解其型号含义、结构原理和部件功能，是进行正确选型、规范操作和开展预防性维护的基础。同时，认识到输送不同工业气体所带来的特殊挑战，并采取相应的材料、密封和安全措施，是杜绝事故、保障长周期运行的关键。

随着稀土材料需求的增长和提纯技术的不断进步，对专用风机的性能、效率和智能化水平也将提出更高要求。未来，集成在线监测、故障预测与性能自适应调节的智能型稀土提纯专用风机，必将为重稀土产业的高质量发展提供更强大的装备支撑。