重稀土铒(Er)提纯专用离心鼓风机技术详解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土铒提纯，离心鼓风机，D(Er)459-1.98，风机配件，风机修理，工业气体输送

引言

在重稀土分离提纯，特别是铒(Er)等战略金属的萃取工艺中，高效、稳定、可靠的气体输送设备是保障生产连续性与产品纯度的关键。离心鼓风机作为提供工艺气源（如空气、惰性气体）的核心动力设备，其性能直接影响到浮选、跳汰、气体保护或吹扫等环节的效能。本文将系统阐述应用于稀土提纯领域的离心鼓风机基础知识，重点围绕“D(Er)459-1.98”型高速高压多级离心鼓风机展开，并对其关键配件、维护修理要点，以及输送各类工业气体的特殊考量进行深入说明。

第一章：重稀土铒(Er)提纯工艺对风机的特殊要求

重稀土元素的物理化学性质极为相近，分离提纯难度极高，通常采用溶剂萃取、离子交换等精密化工工艺。在此过程中，风机主要承担两大任务：一是为物理分选（如浮选、跳汰）提供均匀、稳定压力的气流；二是为化学反应环境输送或维持特定的保护性/反应性工业气体。这对风机提出了苛刻要求：

高稳定性与连续性：生产线一旦启动，通常连续运行数月，风机必须保证无故障长期运转。

精确的压力与流量控制：压力与流量的微小波动都可能影响分选精度或化学反应平衡，要求风机在指定工况点具有优异的调节性能和稳定特性。

卓越的密封性：防止工艺气体泄漏造成产品污染、收率下降或安全隐患，特别是输送氢气、氧气等气体时。

广泛的介质适应性：需能安全高效地输送从空气到各类惰性、活性工业气体。

耐腐蚀与防污染：介质中可能携带微量化学试剂蒸汽，要求通流部件具备相应的耐蚀能力，同时风机自身材料不得污染工艺气体。

为满足这些需求，行业开发了系列化专用风机，如“C(Er)”系列多级风机、“CF(Er)”/“CJ(Er)”浮选专用风机、“AI(Er)”/“S(Er)”/“AII(Er)”系列单级加压风机，以及本文核心的“D(Er)”系列高速高压多级离心鼓风机。

第二章：核心设备解析:D(Er)459-1.98型高速高压多级离心鼓风机

1. 型号解读
型号：D(Er)459-1.98

“D”：代表此风机属于D型系列，即高速高压多级离心鼓风机。其特点是采用多级叶轮串联，通过齿轮箱增速，在紧凑结构下实现较高的压升。

“(Er)”：标识此风机专为铒(Er)及其他重稀土提纯工艺流程设计与优化。

“459”：表示风机在标准进气状态（通常指101.325 kPa，20℃，相对湿度50%的空气）下的额定容积流量，单位为立方米每分钟。即该风机流量为459 m³/min。此流量是跳汰、浮选或气体输送系统选型匹配的核心参数。

“-1.98”：表示风机出口的绝对压力值为1.98个大气压（绝对压力，ata）。换算成表压约为0.98 bar或98 kPa。此压力参数是满足工艺气体穿透物料层或克服管路系统阻力的关键。

关于进气压力：根据标注惯例，型号中若未用“/”符号特别指明进气压力，则默认为标准大气压（1 ata）。因此，D(Er)459-1.98的进气压力为1 ata，其压比约为1.98。

2. 设计特点与技术优势

多级压缩与高速设计：通过多个精密制造的叶轮串联，气体被逐级压缩。搭配高速齿轮箱驱动，使转子工作在最佳效率转速区，从而实现单台设备的高压输出，满足跳汰机等设备对高压气源的需求。

高效气动设计：叶轮、扩压器、回流器等通流部件基于三元流理论进行优化，确保在额定点（459 m³/min， 压比1.98）附近具有宽阔的高效率区，降低长期运行能耗。

刚性转子动力学：转子经过严格的动平衡校验（通常达到G2.5或更高标准）和临界转速计算，确保工作转速远离一阶、二阶临界转速，运行平稳，振动值远低于国家标准。

集成润滑与控制系统：配备强制循环油站，为齿轮箱和轴承提供恒温、恒压、洁净的润滑油。集成防喘振控制、负荷调节等自动化系统，保障风机安全、灵活运行。

第三章：关键配件详解

风机的可靠性建立在每个高品质配件之上，以下是D(Er)系列的核心配件说明：

1. 风机主轴
作为转子的核心承载件，通常采用高强度合金钢（如42CrMo）锻造而成，经过调质处理以获得优异的综合机械性能。所有轴颈、齿轮安装部位需经过精密磨削，保证尺寸精度和表面光洁度，确保与轴承、齿轮的配合精度。

2. 风机轴承与轴瓦
D(Er)系列高速风机通常采用滑动轴承（轴瓦）。其优势在于承载能力大、阻尼特性好、运行平稳。

材质：轴瓦基体为铸钢或铜合金，内衬巴氏合金（钨金）。巴氏合金具有良好的嵌入性、顺应性和抗胶合能力。

润滑：依靠压力油在轴颈与轴瓦间形成稳定的油膜，实现液体摩擦。油膜的建立遵循雷诺方程描述的流体动力润滑原理。

3. 风机转子总成
这是风机做功的核心部件，包括主轴、多级叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器等。

叶轮：多采用后弯式闭式叶轮，材料根据气体性质可选铸铝、不锈钢或钛合金。通过五轴联动数控加工中心精密铣制，确保型线准确、表面光洁，以最大化气动效率。

动平衡：每个叶轮单独进行动平衡，然后整个转子总成在高速动平衡机上校验，确保在最高工作转速下残余不平衡量达标。

4. 密封系统
密封是防止气体泄漏和油品污染的关键，常见组合：

气封与油封：在轴承箱与机壳之间设置迷宫式气封和骨架油封，阻挡油气互窜。

碳环密封：在轴端用于密封工艺气体。由多个剖分式碳环组成，依靠弹簧力提供均匀的径向抱紧力，实现接触式密封。具有自润滑、耐高温、适应少量轴跳动的优点。对于特殊气体，可配备密封气系统，将缓冲气（如氮气）注入碳环中间腔室，进一步阻隔工艺气体外泄。

5. 轴承箱
为轴承提供稳固的支撑和封闭的润滑环境。箱体设计有合理的油路、观察窗、测温测振探头接口。其刚性直接影响转子的对中性和运行稳定性。

第四章：风机常见故障与修理要点

基于长期维护经验，D(Er)系列风机的修理需重点关注以下方面：

1. 振动超标

可能原因：转子动平衡失效（结垢、叶片磨损）；对中不良；轴承间隙过大或巴氏合金磨损、脱落；基础松动；喘振工况运行。

修理与检查：首先检查对中数据和基础螺栓。停机后，检查轴承间隙（采用压铅法或百分表测量），观察轴瓦表面有无划伤、剥落。必要时，对转子进行现场或离线高速动平衡校正。彻底检查润滑油品质及滤网。

2. 轴承温度高

可能原因：润滑油量不足或油质恶化；冷却器效率下降；轴承间隙过小；轴向力过大导致推力轴承过载。

修理与检查：化验润滑油，清洗油路和冷却器。复核轴承间隙是否符合设计值。检查平衡盘和推力轴承的磨损情况，确保轴向力得到有效平衡。

3. 气体泄漏或油品污染

可能原因：碳环密封磨损过量；气封、油封老化；密封气压力设置不当。

修理与检查：定期检查泄漏点。更换碳环密封时，需测量其内径与轴径的匹配间隙，保证弹簧预紧力正常。调整密封气压力使其高于被密封气体压力一定值。

4. 性能下降（流量或压力不足）

可能原因：进口过滤器堵塞；叶轮流道结垢或腐蚀；间隙（尤其是口环密封间隙）因磨损增大导致内泄漏严重。

修理与检查：清洁过滤器与进口管路。开机检查间隙，特别是各级叶轮的口环密封间隙，超标需更换密封件。对于叶轮结垢，需进行专业化学或物理清洗，恢复叶型。

修理总则：任何修理工作都必须遵循制造商的技术手册。拆卸前做好标记，装配时使用力矩扳手确保螺栓紧固力均匀。修理后必须进行单机试车，逐步升速至工作转速，密切监控振动、温度、压力等参数，合格后方可联入工艺系统。

第五章：输送不同工业气体的风机技术考量

稀土提纯中，风机可能输送多种气体，设计选型需特别调整：

空气：最常用介质。主要注意过滤杂质和湿度控制，防止内部腐蚀和结垢。

工业烟气：成分复杂，可能含腐蚀性成分（如SO₂）和颗粒物。需选用耐腐蚀材料（如316L不锈钢），前置高效除尘装置，并考虑保温防止酸露点腐蚀。

二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar)：惰性或中性气体。重点在于密封的严密性，防止气体浪费和空气渗入。压缩后温升需计算，因气体热力性质与空气不同。

氧气(O₂)：强氧化性气体。所有通流部件必须采用禁油设计，进行严格的脱脂清洗。材料选择上，避免使用易发生氧化反应的材质，转速也需严格控制以防异常温升。

氢气(H₂)：密度极小，易泄漏、易爆炸。对风机气密性要求极高，通常采用双端面干气密封等特殊密封形式。由于氢气密度低，压缩机所需功率相对空气较小，但转子动力学设计需重新核算。

氦气(He)、氖气(Ne)：稀有惰性气体，价格昂贵。核心要求是零泄漏，密封系统设计等级最高。

混合无毒工业气体：需明确混合气体的具体组分比例，据此计算其分子量、绝热指数、压缩性系数等关键物性参数。这些参数直接影响风机的压比、功率、温升和转速选择，风机性能曲线需根据实际气体重新标定。

通用原则：输送非空气介质时，风机的性能参数（流量、压力、功率）必须根据气体密度和热力性质进行换算。电机的选型功率必须基于实际气体计算确定。密封系统、材料兼容性和安全防护措施必须针对气体特性进行专项设计。

结论

D(Er)459-1.98型高速高压多级离心鼓风机作为重稀土铒提纯工艺中的关键动力设备，其高效、稳定、可靠的运行是保障生产效益的基石。深入理解其型号含义、设计原理、配件构成及维护要点，是风机技术人员的基本功。同时，面对复杂的工业气体输送任务，必须掌握因“气”制宜的选型、设计与维护原则。随着稀土工业技术的不断进步，对专用风机的效率、智能控制和适应性提出了更高要求，这需要设备制造商与用户持续深化技术交流与合作，共同推动产业核心装备水平的提升。