重稀土铒(Er)提纯风机技术深度解析：以D(Er)2937-2.6型高速高压多级离心鼓风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土铒提纯、离心鼓风机、D(Er)2937-2.6型、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心风机、稀土矿选矿

一、稀土矿提纯离心鼓风机技术概述

在重稀土元素提纯工艺中，离心鼓风机是不可或缺的关键设备。稀土矿提纯过程涉及破碎、磨矿、浮选、萃取、焙烧等多个环节，每个环节都对气体输送设备有特殊要求。重稀土铒(Er)作为重要的战略资源，其提纯过程对风机的性能、稳定性和密封性提出了极为严苛的标准。

离心鼓风机在铒提纯工艺中主要承担以下功能：为浮选槽提供适宜的气流，维持氧化焙烧炉内稳定的气氛，输送工艺过程中所需的各类工业气体，以及为气动输送系统提供动力。由于铒提纯过程中常涉及腐蚀性、有毒或易燃气体，风机在设计、材料和制造工艺上必须满足防腐蚀、防泄漏、耐高温等特殊要求。

针对稀土提纯行业，风机厂家开发了多个专用系列产品，包括“C(Er)”型系列多级离心鼓风机，“CF(Er)”型系列专用浮选离心鼓风机，“CJ(Er)”型系列专用浮选离心鼓风机，“D(Er)”型系列高速高压多级离心鼓风机，“AI(Er)”型系列单级悬臂加压风机，“S(Er)”型系列单级高速双支撑加压风机，“AII(Er)”型系列单级双支撑加压风机。这些风机可根据工艺需求输送多种气体：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。

二、D(Er)2937-2.6型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号规格解读

D(Er)2937-2.6型风机是专门为重稀土铒提纯工艺设计的高速高压多级离心鼓风机。按照命名规则解读：

“D”代表该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机，这是为满足稀土提纯中高压力需求而设计的系列产品；

“(Er)”表示该风机专为重稀土元素铒的提纯工艺优化设计，在材料选择、密封结构和耐腐蚀性能方面进行了特殊处理；

“2937”表示风机设计流量为每分钟2937立方米，这一流量参数是根据铒提纯工艺中浮选、焙烧等环节的气体需求量身定制的；

“-2.6”表示风机出口压力为2.6个大气压（绝对压力），即风机能在标准进口压力下将气体压力提升1.6个大气压（表压）；

型号中没有“/”符号，表示风机进口压力为标准大气压（1个大气压绝对压力）。

这种型号的风机通常用于铒提纯过程中的高压浮选、气力输送和反应器加压等环节，能够在较高压力下稳定提供大流量气体，满足连续生产的工艺要求。

2.2 设计与结构特点

D(Er)2937-2.6型风机采用多级离心式设计，通常包含4-6个叶轮串联工作，每级叶轮都能增加气体压力，最终达到2.6个大气压的出口压力。这种多级设计相比单级风机，能在相同转速下获得更高的压力比，更适合稀土提纯工艺中的高压需求。

风机采用轴向进气、径向排气的经典结构，气体沿轴向进入第一级叶轮，经过逐级增压后从末级蜗壳排出。各级之间设有导流器，用于引导气体流向下一级叶轮，同时将部分动能转化为压力能。为了提高效率，叶轮采用三元流设计，叶片型线经过计算流体动力学优化，减少了流动损失和冲击损失。

对于重稀土铒提纯的特殊工况，该型号风机在以下方面进行了专门设计：

材料选择：与气体接触的部件（叶轮、蜗壳、进气室等）采用不锈钢316L或更高等级的耐腐蚀材料，能够抵抗提纯过程中可能存在的酸性或碱性气体腐蚀；

密封强化：采用多级密封组合，包括迷宫密封、碳环密封和气体密封，确保有毒、有害或贵重气体不外泄；

冷却系统：针对高速高压运行产生的热量，设计了高效的冷却系统，包括轴承冷却和气体冷却，确保风机在高温环境下稳定运行；

振动控制：采用精密动平衡技术，转子总成在高速动平衡机上平衡至G2.5级精度以下，确保风机在高速运行时的振动值低于行业标准。

2.3 性能参数与选型要点

D(Er)2937-2.6型风机在标准工况下的主要性能参数包括：

设计流量：2937 m³/min（可根据实际工况在±10%范围内调整）

进口压力：标准大气压（101.325 kPa绝对压力）

出口压力：2.6个大气压绝对压力（263.45 kPa绝对压力）

压力升：162.125 kPa

工作温度：-20℃至180℃（根据气体性质和冷却系统确定）

转速：根据具体设计，通常在6000-10000 rpm范围内

电机功率：约800-1200 kW（取决于效率和传动方式）

噪音等级：≤85 dB(A)（在距离风机1米处测量）

在选型时，除了关注风机的流量和压力参数外，还需重点考虑以下因素：

气体性质：明确输送气体的成分、温度、湿度、腐蚀性和毒性，确保风机材料和密封系统适用；

工艺波动：评估生产过程中流量和压力的波动范围，确保风机能在变工况下稳定运行；

安装环境：考虑环境温度、海拔高度、腐蚀性气氛等对风机性能的影响；

系统匹配：确保风机与前后工艺设备（如过滤器、冷却器、反应器等）匹配良好，避免系统阻力计算不准确导致风机选型不当；

能耗评估：通过计算风机效率、评估变频控制的可能性，选择全生命周期成本最优的方案。

三、风机核心配件技术解析

3.1 风机主轴

风机主轴是传递扭矩、支撑转子的核心部件。D(Er)2937-2.6型风机主轴采用高强度合金钢（如42CrMo）锻造而成，经过调质处理获得高强度和高韧性。主轴设计需满足以下要求：

刚度与临界转速：主轴刚度需足够高，确保一阶临界转速高于工作转速的1.25倍，避免共振；

轴颈精度：支撑轴承的轴颈部分表面粗糙度达到Ra0.4以下，硬度HRC50-55，确保与轴瓦的良好配合；

阶梯设计：主轴采用阶梯轴设计，便于叶轮、轴套等部件的定位和安装，同时减少应力集中；

防腐处理：在可能接触腐蚀性气体的部位，采用喷涂防腐涂层或选用耐腐蚀材料包覆。

3.2 风机轴承与轴瓦

D(Er)2937-2.6型风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑系统，相比滚动轴承，滑动轴承具有承载力大、阻尼性能好、寿命长等优点，更适合高速高压工况。

轴瓦技术特点：

材料通常为巴氏合金（锡基或铅基）衬层，厚度1-3mm，浇铸在钢背瓦壳上；

巴氏合金具有优异的嵌入性和顺应性，能容忍少量异物进入润滑间隙而不损伤轴颈；

轴瓦内表面开有油槽，确保润滑油均匀分布，形成稳定的油膜；

轴承间隙是关键参数，通常控制在轴颈直径的0.001-0.002倍，需根据转速、载荷和油粘度精确计算。

润滑系统：

采用强制循环油润滑系统，包括主油泵、辅助油泵、油冷却器、过滤器等；

油压稳定在0.2-0.4 MPa，确保轴瓦充分润滑；

润滑油温度控制在40-50℃，油温过高会降低油膜强度，油温过低会增加粘度阻力；

配备油压、油温、油位等多重保护装置，确保润滑系统可靠运行。

3.3 风机转子总成

转子总成是风机的“心脏”，由主轴、叶轮、平衡盘、轴套等部件组成。D(Er)2937-2.6型风机的转子总成具有以下特点：

叶轮设计：采用后弯式叶片设计，叶片数根据级数和流量压力参数优化确定；叶轮与主轴采用过盈配合加键连接，确保在高转速下不松动；

动平衡：每个叶轮单独进行静平衡和动平衡，整个转子总成在高速动平衡机上平衡至G2.5级精度，剩余不平衡量小于相关国际标准要求；

热套工艺：叶轮与主轴采用热套装配，加热温度严格控制，确保过盈量适中，既保证连接牢固，又避免产生过大装配应力；

轴向力平衡：多级离心风机会产生较大的轴向力，通过平衡盘和止推轴承组合平衡轴向力，确保转子轴向位置稳定。

3.4 气封与碳环密封

密封系统是防止气体泄漏、确保工艺安全的关键，对于输送有毒、易燃或贵重气体的风机尤为重要。

气封（迷宫密封）：

安装在轴穿过机壳的部位，由一系列环形齿和齿槽组成，形成曲折的泄漏路径；

工作原理：气体通过狭窄的间隙时加速，进入齿腔后突然扩张产生涡流，动能转化为热能，压力降低，从而减少泄漏；

迷宫密封是非接触式密封，无磨损，寿命长，但有一定泄漏量，适合允许少量泄漏的场合。

碳环密封：

由多个碳环组成，碳环内径与轴间隙很小（通常0.05-0.15 mm），形成节流效应；

碳材料具有自润滑性，即使与轴轻微接触也不会损伤轴颈；

碳环密封泄漏量比迷宫密封小，但仍是接触式密封，有一定磨损，需定期更换；

在D(Er)2937-2.6型风机中，碳环密封常与迷宫密封组合使用，形成多级密封系统，进一步减少泄漏。

油封：

用于轴承箱的密封，防止润滑油泄漏和外部污染物进入；

常用类型包括骨架油封、迷宫油封和间隙密封；

在高速风机中，多采用非接触式迷宫油封，避免摩擦生热和磨损。

3.5 轴承箱与辅助系统

轴承箱是支撑转子、容纳轴承和润滑系统的重要部件，其设计要点包括：

刚性结构：轴承箱体采用铸铁或铸钢制造，壁厚足够，确保在负载下变形极小；

对中设计：轴承箱与机壳采用定位销和止口配合，确保轴承中心与机壳中心对中；

散热设计：轴承箱外表面设计有散热筋，内部有润滑油循环通道，确保轴承温度可控；

监测接口：预留振动传感器、温度传感器接口，便于状态监测和故障诊断。

辅助系统包括：

润滑系统：如前所述，提供清洁、冷却、压力稳定的润滑油；

冷却系统：包括油冷却器和气体冷却器，确保风机在安全温度下运行；

监测保护系统：振动监测、温度监测、压力监测等，确保风机安全运行；

控制系统：包括启动、停机、调速（如有变频器）和联锁保护逻辑。

四、风机维修与维护技术

4.1 日常维护要点

对于D(Er)2937-2.6型高速高压离心鼓风机，日常维护是确保长期稳定运行的基础：

润滑系统检查：每日检查油位、油压、油温，定期取样分析润滑油品质，检测水分含量、粘度变化和金属磨粒；

振动监测：每日记录风机振动值，关注振动趋势变化，特别是1倍频、2倍频等特征频率的振动分量；

温度监测：监控轴承温度、润滑油温度、电机温度，异常升温往往是故障的前兆；

密封检查：检查气封、油封有无泄漏，碳环密封磨损情况，及时处理泄漏点；

清洁保养：保持风机表面清洁，定期清洁进气过滤器，防止异物进入风机。

4.2 常见故障与处理

故障一：振动超标

可能原因：转子不平衡、轴承磨损、对中不良、基础松动、喘振等；

诊断方法：振动频谱分析，识别特征频率，判断故障类型；

处理措施：重新动平衡转子、更换轴承、重新对中、紧固基础螺栓、调整工况避免喘振。

故障二：轴承温度高

可能原因：润滑油不足或污染、轴承间隙不当、负载过大、冷却系统故障；

诊断方法：检查润滑系统、测量轴承间隙、评估负载状况；

处理措施：补充或更换润滑油、调整轴承间隙、检查负载源、修复冷却系统。

故障三：压力或流量不足

可能原因：进气过滤器堵塞、密封间隙过大、叶轮磨损、转速下降；

诊断方法：检查系统阻力、测量密封间隙、检查叶轮状况、核实转速；

处理措施：清洁或更换过滤器、调整或更换密封件、修复或更换叶轮、检查驱动系统。

故障四：异常噪音

可能原因：轴承损坏、转子与静止件摩擦、喘振、气动噪声；

诊断方法：声学分析，确定噪音类型和来源；

处理措施：更换轴承、调整间隙、调整工况避免喘振、检查气流通道。

4.3 大修流程与要点

D(Er)2937-2.6型风机通常每运行2-3年或24000小时后需进行大修，大修流程如下：

前期准备：制定详细的大修方案，准备备件、工具和检测仪器，做好安全隔离措施；

拆卸检查：

按顺序拆卸联轴器罩、联轴器、进气室、蜗壳、转子总成等；

检查各部件磨损、腐蚀、裂纹情况，重点检查叶轮、主轴、轴承、密封；

测量关键尺寸：轴承间隙、密封间隙、叶轮口环间隙、转子跳动等；

部件修复与更换：

叶轮：检查叶片磨损、腐蚀情况，轻微磨损可堆焊修复，严重损坏需更换；

主轴：检查轴颈磨损、弯曲度，磨损超标可喷涂修复，弯曲需校直或更换；

轴承：轴瓦巴氏合金层磨损或脱层需重新浇铸，严重损坏需更换；

密封：更换所有碳环密封，检查调整迷宫密封间隙；

重新装配：

严格按照装配工艺要求，确保各部件清洁、对中、间隙正确；

转子总成重新动平衡，平衡精度不低于原厂标准；

采用扭矩扳手紧固螺栓，确保预紧力均匀；

试车验收：

大修后先进行冷态试车，检查振动、温度、噪音；

然后带载试车，逐步升压升速至额定工况；

试车时间不少于24小时，各项参数稳定后验收。

4.4 维修安全注意事项

能量隔离：维修前必须切断电源，挂“禁止合闸”标识，隔离所有能量源；

气体置换：对于输送易燃、有毒气体的风机，维修前必须用惰性气体置换；

起重安全：吊装重物时，检查吊具完好，专人指挥，下方禁止站人；

防火防爆：维修现场禁止明火，使用防爆工具，配备消防器材；

个人防护：维修人员佩戴合适的防护用品，特别是处理腐蚀性介质时。

五、工业气体输送风机的特殊考量

5.1 不同气体的输送要求

重稀土铒提纯过程中，可能涉及多种工业气体的输送，每种气体对风机有不同要求：

氧气(O₂)：

危险性：强氧化剂，与油脂接触可能自燃；

特殊要求：所有与氧气接触的部件必须彻底脱脂；材料选择上，避免使用易氧化材料；流速需控制，避免静电积累引发危险；

风机选型：通常选用无油润滑风机，密封要求极高。

氢气(H₂)：

危险性：易燃易爆，爆炸极限宽（4%-75%），密度小易泄漏；

特殊要求：密封系统必须非常可靠；风机壳体需防静电接地；电气设备需防爆等级；

材料考虑：氢脆是主要问题，需选用抗氢脆材料如奥氏体不锈钢。

氮气(N₂)、氩气(Ar)等惰性气体：

危险性：本身不燃不爆，但高浓度会导致窒息；

特殊要求：密封良好，防止泄漏导致工作环境缺氧；

材料要求：相对较低，但需考虑气体纯度要求。

二氧化碳(CO₂)：

特性：高压下可能液化，潮湿环境下有腐蚀性；

特殊要求：控制温度避免液化；潮湿环境下需耐腐蚀材料；

设计要点：考虑气体可压缩性，准确计算性能曲线。

工业烟气：

特性：成分复杂，可能含有腐蚀性成分、颗粒物；

特殊要求：耐磨设计，耐腐蚀材料，进气过滤；

维护特点：需频繁检查磨损和腐蚀情况。

5.2 气体性质对风机设计的影响

气体密度影响：
气体密度直接影响风机的压力-流量特性。根据相似定律，风机的压力与气体密度成正比，功率也与密度成正比。例如，输送氢气（密度约为空气的1/14）时，要达到相同的压力，风机转速需大幅提高，或采用更多级数。

气体压缩性影响：
对于高压风机，气体可压缩性不能忽略。出口压力与进口压力比值（压比）大于1.1时，需考虑压缩性影响。性能计算需使用真实气体方程，而非简单的理想气体方程。

腐蚀性影响：
腐蚀性气体要求风机材料具有耐腐蚀性。除了主体材料选择外，还需注意：

焊接接头需进行钝化处理；

避免死角，防止积液导致局部腐蚀；

表面可进行防腐涂层处理。

温度影响：
高温气体会降低材料强度，引起热膨胀问题。设计时需考虑：

材料高温强度；

热膨胀量计算，确保热态对中；

冷却系统设计，控制关键部件温度。

5.3 密封系统的特殊设计

对于工业气体输送，特别是贵重、有毒或易燃气体，密封系统设计至关重要：

干气密封：

原理：利用气体动压效应，在旋转环和静止环之间形成微米级气膜，实现非接触密封；

优点：零泄漏（向内微量泄漏）、无磨损、寿命长；

应用：特别适合输送有毒、易燃、贵重气体的风机。

双端面机械密封：

原理：两套机械密封背对背安装，中间注入密封液（缓冲液）；

优点：可完全封堵工艺气体泄漏；

应用：剧毒气体、强腐蚀性气体输送。

密封系统选择原则：

根据气体危险性、价值、法规要求确定允许泄漏率；

评估各种密封技术的可靠性、寿命和成本；

考虑维护便利性和备件可获得性；

设计备用密封或密封失效保护措施。

5.4 安全保护系统

工业气体输送风机的安全保护系统包括：

防喘振控制：

喘振是离心风机的危险工况，会导致剧烈振动甚至损坏；

防喘振控制系统监测流量和压力，当接近喘振线时，自动打开旁通阀或调整转速；

D(Er)2937-2.6型风机配备智能防喘振控制器，根据实时工况计算喘振边界，提供最佳保护。

泄漏监测：

在密封部位设置泄漏检测探头（如可燃气体探测器、有毒气体探测器）；

监测到泄漏时，自动报警并启动应急程序；

对于极度危险气体，可设置双层密封，中间层泄漏可被监测并安全引流。

火灾与爆炸防护：

对于可燃气体，风机采用防爆电机和电器；

设置灭火系统（如氮气惰化系统）；

壳体接地，防止静电积累；

监测轴承温度，防止过热引发火灾。

紧急停机系统：

多重保护触发时，自动执行紧急停机程序；

停机过程中，确保风机安全通过临界转速；

对于惯性大的风机，配备紧急润滑系统，确保停机过程中轴承得到润滑。

六、结论与展望

重稀土铒提纯用离心鼓风机是集机械设计、材料科学、流体力学和自动控制于一体的高技术产品。D(Er)2937-2.6型高速高压多级离心鼓风机作为专为重稀土铒提纯工艺设计的设备，在流量、压力、材料、密封等方面都针对该工艺的特殊要求进行了优化。

随着稀土行业对提纯效率、资源利用率和环境保护要求的不断提高，未来稀土提纯用风机将呈现以下发展趋势：

高效化：通过计算流体动力学优化、新型叶轮设计和间隙控制，不断提高风机效率，降低能耗；

智能化：集成传感器、物联网和大数据分析，实现状态监测、故障预警和智能维护；

模块化：设计模块化结构，便于快速更换部件，减少维修停机时间；

材料创新：开发更耐腐蚀、耐高温、耐磨损的新材料，延长风机寿命；

绿色设计：降低噪音、减少泄漏、提高能效，满足日益严格的环保要求。

对于风机使用者而言，深入理解风机的工作原理、结构特点和维护要求，建立科学的运行维护体系，是确保风机长期稳定运行、保障生产连续性的关键。同时，与风机厂家保持良好沟通，及时获取技术支持和备件供应，也是设备管理的重要环节。

在重稀土战略价值日益凸显的今天，高性能、高可靠性的提纯设备对于保障稀土供应链安全具有重要意义。D(Er)2937-2.6型风机及其同类产品，作为稀土提纯工艺中的关键设备，必将在技术创新和产业升级中发挥更加重要的作用。