重稀土铥(Tm)提纯专用风机技术解析:以D(Tm)1809-2.18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)1809-2.18、风机配件、风机修理、工业气体输送、稀土矿提纯设备

一、引言：稀土提纯工艺对风机的特殊要求

稀土元素作为现代高科技产业不可或缺的战略资源，其提纯工艺对设备提出了极高的要求。在重稀土家族中，铥(Tm)因其独特的物理化学性质，在激光材料、核医疗诊断及高温超导等领域具有不可替代的应用价值。然而，铥的分离提纯过程极为复杂，需经过多次萃取、浮选、分级等工序，这些工序对气体输送设备的压力稳定性、气体纯净度、耐腐蚀性及长期运行可靠性提出了严苛的标准。

离心鼓风机作为提纯工艺流程中提供气源动力的核心设备，其性能直接影响铥的回收率与产品纯度。针对铥提纯的特殊工况，我国风机行业开发了多个专用系列，其中“D(Tm)”型系列高速高压多级离心鼓风机以其卓越的高压性能和稳定的气体输送特性，成为重稀土铥提纯工艺中不可或缺的关键装备。

二、重稀土铥(Tm)提纯专用风机型号体系全览

在深入解析D(Tm)1809-2.18型风机之前，有必要全面了解铥提纯专用风机的完整型号体系。该体系根据不同的工艺环节和工况需求，形成了多系列、多型号的产品矩阵：

“C(Tm)”型系列多级离心鼓风机：主要应用于中低压力的气体输送环节，结构相对紧凑，适用于初级分离工段。

“CF(Tm)”型系列专用浮选离心鼓风机与“CJ(Tm)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门针对浮选工艺设计，注重气流的均匀性与稳定性，确保浮选气泡大小分布合理，提高铥矿物的选择性吸附效率。

“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核心设备，采用多级叶轮串联结构，转速高，能提供稳定的高压气源，特别适用于需要高压气体驱动的跳汰、高压分离等关键提纯工序。

“AI(Tm)”型系列单级悬臂加压风机：结构简单，维护方便，适用于小流量、中低压力的辅助供气点位。

“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：采用双支撑轴承结构，转子稳定性好，振动小，适用于对振动敏感的高精度分离环节。

这些系列风机均可根据工艺需求，输送包括空气、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)以及混合无毒工业气体在内的多种介质，体现了其在复杂工况下的高度适应性。

三、D(Tm)1809-2.18型高速高压多级离心鼓风机深度解析

3.1 型号编码规则解读

以D(Tm)1809-2.18为例，其编码遵循统一的命名逻辑：

“D”：代表“D系列高速高压多级离心鼓风机”。该系列专为高压需求设计，通常采用多级叶轮串联，通过高速旋转的转子逐级提升气体压力。

“(Tm)”：明确标识此风机为“铥(Tm)提纯专用”型号。这意味着从材料选择、密封设计到内部流道优化，都针对铥提纯工艺中可能接触的化学环境（如酸性或碱性介质、湿气、微量腐蚀性组分）进行了特殊处理，例如过流部件采用特种不锈钢或涂层技术。

“1809”：表示风机在设计工况下的额定流量为每分钟1809立方米。这是一个关键参数，直接关系到风机能否满足生产线的气量需求。流量过大可能导致能耗浪费和工艺紊乱，过小则无法满足生产需求。

“-2.18”：表示风机出口处的气体压力为2.18个大气压（绝对压力）。此压力值对于驱动跳汰机、推动气体通过高压分离柱等工序至关重要。根据行业惯例，若型号中未标注进口压力，则默认为标准大气压（1个大气压）。

作为对比，D(Tm)300-1.8型号则表示：D系列铥提纯专用风机，流量为每分钟300立方米，出口压力为1.8个大气压。

3.2 设计特点与性能优势

D(Tm)1809-2.18型风机针对重稀土铥提纯的高压、稳流要求，具备以下核心设计特点：

结构设计：采用多级离心式结构。气体由进气室轴向进入，经首级叶轮做功后，通过扩压器和回流器导引，有序进入下一级叶轮，如此逐级压缩，最终达到设计压力后从蜗壳出口排出。这种多级串联设计，使得单台风机即可实现较高的压比，避免了多台风机串联的复杂性和高成本。

气动性能：其气动设计经过精密计算和CFD流场模拟优化，确保在1809立方米每分钟的额定流量下，效率达到最优，同时工作区间（防喘振线与阻塞线之间）宽广，能够适应铥提纯工艺中因物料特性波动带来的小幅气量变化。

材料与防腐：考虑到提纯过程中可能涉及腐蚀性气体或湿气，风机的主轴、叶轮、机壳等过流部件通常选用316L不锈钢、双相不锈钢或施加特种防腐涂层，确保长期运行的耐久性。

高转速设计：为实现高压输出，D系列风机通常配备高速齿轮箱或采用直联高速电机驱动，转子工作转速可达每分钟数千转乃至上万转，这对转子的动平衡精度、轴承性能和润滑系统提出了极高要求。

四、D(Tm)系列风机核心配件详解

风机的可靠运行离不开每个精密配件的协同工作。以下对D(Tm)1809-2.18型风机的关键配件进行说明：

1. 风机主轴：作为转子的核心承载件和动力传递件，主轴通常采用高强度合金钢（如42CrMo）锻造而成，经过调质热处理获得优异的综合机械性能。其加工精度极高，各轴段（安装叶轮、轴承处）的同轴度、圆度误差需严格控制，表面粗糙度要求严苛，以确保运行平稳，减小振动。

2. 风机转子总成：这是风机做功的核心部件，由主轴、多级叶轮、平衡盘（如有）、联轴器等部件组装而成。每级叶轮均需经过严格的单体动平衡和转子整体高速动平衡校正，确保在工作转速下残余不平衡量低于国际标准（如ISO 1940 G2.5级或更高），这是保证风机低振动、长寿命运行的前提。

3. 风机轴承与轴瓦：对于D(Tm)这类高速高压风机，轴承的可靠性至关重要。常采用滑动轴承（即轴瓦），其优势在于承载能力强、阻尼性能好、运行平稳。轴瓦内衬通常为巴氏合金，它与主轴轴颈形成良好的油膜润滑。安装时，轴瓦的间隙（顶隙、侧隙）需根据主轴直径、转速、润滑油特性精确调整，既保证润滑又避免振动过大。

4. 轴承箱：是容纳轴承、提供润滑和冷却的密闭箱体。其结构设计需保证足够的刚性，防止变形影响轴承对中。内部设有进油口、回油口、油位计、测温点等。良好的轴承箱设计能确保润滑油循环通畅，有效带走轴承摩擦产生的热量。

5. 密封系统：这是防止气体泄漏和润滑油污染的关键，尤其在输送贵重或特殊工业气体时。

气封与油封：在轴的贯穿处，采用迷宫密封、碳环密封或两者组合的形式。迷宫密封依靠多道曲折间隙增大流动阻力来减少泄漏；碳环密封则是一种接触式或微接触式密封，由多个分段碳环在弹簧力作用下紧贴轴套表面，密封效果极佳，尤其适用于高压差和高速场合，是D(Tm)系列风机的常见高端配置。

碳环密封：特别说明，碳环材料具有自润滑、耐高温、化学稳定性好等优点，能有效密封工艺气体，同时防止轴承箱润滑油外泄。其安装和预紧力调整需要专业技术。

6. 润滑系统：独立的强制润滑油站是高速风机的“生命线”。它为轴承和齿轮（如有）提供恒压、恒温、洁净的润滑油，具备滤油、冷却、加热（冬季启动）及安全报警（油压、油温、油位）功能。

五、风机常见故障分析与修理要点

D(Tm)系列风机在长期运行后可能出现故障，及时的诊断与专业修理是保障生产连续性的关键。

常见故障一：振动超标

可能原因：转子动平衡失效（叶轮结垢、腐蚀磨损不均、部件松动）；对中不良（基础沉降、管道应力）；轴承磨损或间隙不当；油膜涡动或喘振。

修理要点：首先进行在线振动频谱分析，定位故障特征频率。停机后，检查对中数据，复紧地脚螺栓。拆卸轴承检查磨损，按标准调整间隙。若为转子问题，需进行现场或返厂动平衡校正。彻底清理叶轮流道。

常见故障二：轴承温度过高

可能原因：润滑油品质下降（污染、乳化、氧化）；润滑油量不足或油路堵塞；轴承间隙过小；冷却系统失效（冷油器堵塞）；负载过大。

修理要点：化验润滑油，必要时更换。清洗油滤器、油路及冷油器。复查并调整轴承间隙至设计值。检查工艺系统，排除超载运行可能。

常见故障三：气体泄漏或压力不足

可能原因：密封件（尤其是碳环密封）磨损、老化；进气过滤器堵塞导致进气量不足；叶轮磨损或腐蚀导致效率下降；管网阻力变化或存在泄漏。

修理要点：检查并更换失效的密封组件。清洁或更换进气过滤器。检查叶轮状态，严重磨损需修复或更换。复核管网系统。

故障四：异常噪音

可能原因：喘振（工况点落入不稳定区）；内部部件摩擦（如气封摩擦）；轴承损坏；齿轮箱故障（如有）。

修理要点：立即调整工况，避开喘振区。停机检查内部间隙，修复摩擦部位。检查轴承和齿轮。

修理通用原则：

专业化：修理工作应由具备资质的专业团队进行，尤其涉及高速转子动平衡、精密刮瓦等技术。

标准化：严格按照设备制造商提供的维修手册执行，使用专用工具，遵循规定的装配间隙和扭矩值。

记录化：详细记录修理过程、更换的配件型号、调整的数据等，建立风机维修档案。

六、输送工业气体的特殊考量

在铥提纯工艺中，风机输送的介质远不止空气。针对不同工业气体，D(Tm)系列风机需进行特殊设计和选型：

安全性考量：

氧气(O₂)：极高的助燃性。风机必须进行彻底脱脂清洗，所有零部件不得沾染油脂。材料选择上需避免在高速摩擦下易产生火花的材料。密封需绝对可靠，防止润滑油渗入气腔。

氢气(H₂)：密度小、易泄漏、爆炸范围宽。对密封系统（尤其是轴端密封）的要求极高，常采用干气密封或特殊结构的迷宫-氮气吹扫密封。壳体设计需考虑防爆泄压。

惰性气体（如He、Ne、Ar）：虽化学性质稳定，但作为贵重气体，对密封泄漏率有严格限制，以减少损失。

材料兼容性考量：

二氧化碳(CO₂)：湿二氧化碳具有碳酸腐蚀性，需选用耐蚀材料。

工业烟气：成分复杂，可能含有硫化物、水分等，需根据具体成分分析选择耐腐蚀、耐磨损的材料及涂层。

性能修正：
风机的性能曲线基于空气介质标定。当输送气体分子量、绝热指数、压缩性等物性参数与空气差异较大时，风机的压比、功率、流量关系将发生变化。选型时，必须根据实际气体特性进行性能换算，确保风机在工艺要求的工况点高效、稳定运行。

七、总结

重稀土铥的提纯是一项对装备技术依赖度极高的精密过程。D(Tm)1809-2.18型高速高压多级离心鼓风机作为该流程中的关键动力设备，其型号编码科学地概括了其系列归属、专用属性、核心性能参数。深入理解其设计原理、熟练掌握核心配件（如主轴、转子、轴瓦、碳环密封）的特性和维护要求，是保障风机长周期稳定运行的基础。同时，针对不同工业气体的物化特性进行针对性的安全设计和材料选型，是确保整个提纯系统安全、高效、经济的前提。

随着稀土战略地位的不断提升和提纯工艺的持续进步，对专用风机的性能、可靠性和智能化水平必将提出更高要求。未来，集成在线状态监测、智能故障预警、自适应调节等功能的“智慧风机”，将在重稀土铥乃至整个稀有金属的绿色高效提纯领域中发挥更加重要的作用。作为风机技术人员，不断更新知识体系，深耕专业细节，是支撑这一战略产业发展的坚实保障。