重稀土铥(Tm)提纯专用风机:D(Tm)567-3.6型高速高压多级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)567-3.6、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土分离技术

一、稀土矿提纯工艺中的离心鼓风机基础

1.1 稀土提纯工艺对风机的特殊要求

稀土元素特别是重稀土铥（Tm）的提纯是现代高科技产业中的关键工艺环节。铥作为重稀土家族中的重要成员，在激光材料、医疗设备、核反应控制等领域具有不可替代的作用。其提纯过程通常涉及复杂的物理化学工艺，包括浮选、跳汰、气体输送等多个环节，这些环节对气体输送设备提出了极为严苛的要求。

在铥的提纯过程中，离心鼓风机承担着多个关键职能：一是为跳汰机提供稳定、可控的气流，实现矿物颗粒的按密度分层；二是在浮选环节中产生均匀细微的气泡，促进矿物与杂质的分离；三是在气体输送环节中，确保工艺气体（如氮气、氩气等惰性气体）的精确输送，防止稀土氧化物在高温还原过程中被污染。

1.2 稀土专用风机系列概述

针对稀土提纯的特殊工况，我国风机行业开发了多个专用系列：

“C(Tm)”型系列多级离心鼓风机：适用于中等压力、大流量工况，常用于初级分选环节

“CF(Tm)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门针对浮选工艺优化，气泡产生均匀稳定

“CJ(Tm)”型系列专用浮选离心鼓风机：改进型浮选风机，能耗更低，控制更精准

“D(Tm)”型系列高速高压多级离心鼓风机：本文重点介绍的高压高速机型，适用于高压输送和精细分离

“AI(Tm)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于空间受限的改造项目

“S(Tm)”型系列单级高速双支撑加压风机：高转速单级设计，适用于特定压力需求

“AII(Tm)”型系列单级双支撑加压风机：传统可靠设计，维护简便

这些风机均可输送多种工业气体，包括但不限于：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，展现了在稀土提纯领域的广泛适应性。

二、D(Tm)567-3.6型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号解读与技术参数

重稀土铥(Tm)提纯专用风机:D(Tm)567-3.6型号解析：

按照稀土专用风机的命名规则：

“D”表示D系列高速高压多级离心鼓风机

“(Tm)”表示专门为重稀土铥提纯工艺优化设计

“567”表示风机流量为每分钟567立方米（实际工作条件下）

“3.6”表示出风口压力为3.6个大气压（表压）

型号中未标注进口压力，按照惯例表示进口压力为1个标准大气压

该型号风机专为重稀土铥提纯工艺中的高压输送环节设计，特别适用于需要较高压力克服系统阻力的工况，如长距离气体输送、穿透深层矿浆层、维持密闭系统正压等应用场景。

2.2 设计特点与结构优势

D(Tm)567-3.6型风机采用多级叶轮串联设计，每级叶轮均采用后弯式叶片，这种设计虽然单级压力升高系数较低，但效率高、工作范围宽、性能曲线平坦，非常适合稀土提纯这种需要稳定气流的过程。

该风机采用齿轮增速箱驱动，工作转速可达12000-18000转/分钟，通过高速旋转实现较高的单级压比，从而在较少的级数下达到3.6个大气压的出气压力，减少了轴向尺寸，提高了转子刚性。

气体动力学设计针对稀土提纯工艺中可能输送的多种气体进行了优化。考虑到不同气体的分子量、比热比、压缩因子等物性参数的差异，叶轮和扩压器的型线采用了适应性设计，确保在输送不同气体时仍能保持较高效率。

三、D(Tm)567-3.6风机核心部件解析

3.1 风机主轴系统

主轴是离心鼓风机传递动力的核心部件，D(Tm)567-3.6型风机的主轴采用40CrNiMoA高强度合金钢锻造而成，经过调质处理，表面硬度达到HRC32-36，芯部保持较好的韧性。这种处理方式使主轴既能承受高速旋转的离心力，又能抵抗一定的冲击载荷。

主轴的设计充分考虑了临界转速问题，一阶临界转速设计在工作转速的1.4倍以上，避免了共振风险。轴颈部位经过高频淬火和精密磨削，表面粗糙度达到Ra0.4，为轴瓦提供理想的摩擦副表面。

3.2 风机轴承与轴瓦技术

D(Tm)567-3.6型风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑，而非滚动轴承，这是高压高速离心风机的典型特征。滑动轴承具有承载能力大、阻尼特性好、寿命长等优点，特别适合高速重载工况。

轴瓦材料为锡锑铜合金（ChSnSb11-6），这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，即使有少量微小颗粒进入润滑间隙，也能嵌入轴瓦材料中，避免主轴损伤。轴瓦内表面浇铸巴氏合金，厚度1.5-2毫米，加工后开有油槽，确保形成稳定的润滑油膜。

润滑系统采用强制供油方式，进油压力0.15-0.2兆帕，油温控制在35-45℃之间，通过热交换器保持油温稳定。润滑油不仅起到润滑作用，还带走轴承产生的热量，确保轴承温度不超过65℃。

3.3 风机转子总成

转子总成是离心鼓风机的“心脏”，由主轴、多级叶轮、平衡盘、联轴器等部件组成。D(Tm)567-3.6型风机的叶轮采用高强度铝合金ZL114A铸造，经过固溶处理和人工时效，抗拉强度超过320兆帕。

每个叶轮在装配前都经过单独动平衡，精度达到G2.5级（根据ISO1940标准）。多级叶轮装配到主轴上后，整体进行高速动平衡，平衡转速达到工作转速的1.2倍，残余不平衡量小于1克·毫米/千克，确保风机在高速运转时振动值低于2.8毫米/秒（均方根值）。

叶轮与主轴采用过盈配合加键连接的双重固定方式，过盈量经过精确计算，确保在工作温度下仍保持适当的配合紧度。转子两端设有平衡盘，用于平衡部分轴向推力，剩余轴向推力由推力轴承承担。

3.4 密封系统：气封、油封与碳环密封

密封系统是确保风机效率和安全的关键，D(Tm)567-3.6型风机采用多层次密封设计：

气封（迷宫密封）：在叶轮轮盖和隔板之间设置迷宫密封，减少级间泄漏。密封齿数为6-8个，齿尖间隙0.25-0.35毫米，根据输送气体温度和材料热膨胀系数精确计算。迷宫密封的非接触特性确保其寿命几乎与风机相同，无需定期更换。

油封（骨架油封）：在轴承箱与主轴贯穿处设置双向骨架油封，防止润滑油外泄。油封材料为氟橡胶，耐温-20℃至200℃，耐绝大多数润滑油和工艺气体。油封唇口设计有微螺旋线，在主轴旋转时产生泵回效应，将可能泄漏的油泵回轴承箱。

碳环密封：在高压端和低压端设置碳环密封，这是该风机的特色设计。碳环由浸渍树脂的碳石墨材料制成，具有自润滑特性，即使在干摩擦情况下也能短期工作。碳环被弹簧压在密封座上，与主轴形成柔性接触密封，既保证密封效果，又避免主轴磨损。碳环密封特别适合输送含微量粉尘的气体，因为碳材料对粉尘有一定耐受性。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱为铸铁件，采用水平剖分结构，便于安装和检修。箱体设计有足够的刚性，防止在载荷作用下产生变形影响轴承对中。轴承箱内设有挡油板和回油槽，确保润滑油顺畅流回油箱。

润滑系统由主油泵、辅助油泵、油冷却器、双联过滤器、蓄能器等组成。主油泵由风机主轴驱动，辅助油泵为电动泵，在启动和停机阶段或主油泵故障时工作。系统压力由溢流阀控制，过滤器精度10微米，确保润滑油清洁度。

四、风机维护、修理与故障排除

4.1 日常维护要点

D(Tm)567-3.6型风机的日常维护应重点关注以下方面：

振动监测：每天记录风机轴承座的振动值，包括水平、垂直、轴向三个方向。振动速度有效值不应超过4.5毫米/秒，加速度不应超过10米/秒²。振动值突然增加20%以上应引起警觉，增加50%以上应停机检查。

温度监控：轴承温度不应超过75℃，润滑油进油温度35-45℃，回油温度不应超过70℃。温度异常升高往往是故障的前兆，可能原因包括润滑不良、对中偏差、负载过大等。

润滑油管理：每三个月取样化验润滑油，检测粘度、酸值、水分、金属颗粒含量等指标。每年或运行4000小时后更换润滑油，换油时彻底清洗油箱和油路。

4.2 定期检修内容

小修（每运行3-6个月）：检查紧固件松动情况；清理进气过滤器；检查联轴器对中情况，允差为轴向≤0.05毫米，径向≤0.10毫米；检查碳环密封磨损情况，磨损量超过原厚度1/3应更换。

中修（每运行1-2年）：包括小修全部内容；检查轴瓦间隙，顶间隙应为轴颈直径的0.8‰-1.2‰，侧间隙为顶间隙的1/2；检查叶轮结垢和腐蚀情况，结垢厚度超过1毫米应清理；校验安全阀和仪表。

大修（每运行4-6年）：包括中修全部内容；转子总成返厂做动平衡校验；检查主轴直线度，全长弯曲度不超过0.02毫米；检查壳体腐蚀和变形情况；更换所有密封件和易损件。

4.3 常见故障与处理

振动过大：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承损坏、基础松动等。处理步骤：首先检查基础紧固螺栓；其次检查联轴器对中；如果无效，检查轴承间隙和损坏情况；最后考虑转子不平衡，需要重新做动平衡。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或变质、轴承间隙过小、冷却系统故障、负载过大等。处理步骤：检查油位和油质；检查冷却水流量和温度；测量轴承间隙；检查系统阻力是否异常增加。

风量风压不足：可能原因包括转速降低、进口过滤器堵塞、密封间隙过大、叶轮磨损或结垢等。处理步骤：检查电机转速；清洁或更换过滤器；测量密封间隙；检查叶轮状况。

异常噪音：可能原因包括轴承损坏、转子与静止件摩擦、喘振等。喘振是离心风机特有的危险工况，发生时气流强烈脉动，风机剧烈振动。应立即打开旁通阀或减少系统阻力，使工作点脱离喘振区。

五、工业气体输送的特殊考量

5.1 不同气体的输送特点

D(Tm)567-3.6型风机虽然主要针对重稀土铥提纯设计，但其结构设计使其能够适应多种工业气体的输送，不同气体对风机的影响主要体现在：

气体密度影响：风机产生的压力与气体密度成正比。输送密度小于空气的气体（如氢气、氦气）时，相同转速下产生的压力降低；输送密度大的气体（如二氧化碳）时，压力增加。在选择电机功率时需考虑这一因素。

气体比热比影响：比热比影响气体的温升。对于单原子气体（氦、氩等），比热比大，压缩后温升高；对于双原子气体（氮气、氧气等），温升适中；对于多原子气体（二氧化碳），温升较小。温升影响材料选择和冷却需求。

气体腐蚀性：虽然上述气体大多无腐蚀性，但工业烟气可能含有腐蚀成分。输送腐蚀性气体时，需考虑特殊材料或涂层保护。

气体危险性：输送氧气时需严格去油，防止燃爆；输送氢气时需特别注意密封，防止泄漏；输送可燃气体时，电机和电器需防爆设计。

5.2 风机参数换算

当输送气体改变时，风机性能参数需要换算。基本换算公式为：

流量换算公式：当转速不变时，风机输送的体积流量基本不变，与气体种类无关（实际因气体物性差异有微小变化）。

压力换算公式：风机产生的压力与气体密度成正比。气体密度等于气体分子量除以二十二点四再乘以进口绝对压力与进口绝对温度的比值。

功率换算公式：风机轴功率与气体密度成正比，与流量和压力成正比的关系。

效率换算公式：风机的绝热效率或多变效率在输送不同气体时基本保持不变，但实际效率会因气体与风机匹配程度略有变化。

对于D(Tm)567-3.6型风机，制造厂会提供主要气体（空气、氮气、氩气）的性能曲线，其他气体需要根据上述公式换算。特别注意，当输送气体分子量与空气（29）差异较大时，必须重新核算电机功率，防止过载或欠载。

5.3 安全注意事项

输送工业气体时，安全是首要考虑：

氧气输送：整个系统必须进行严格的脱脂处理，油脂含量不超过125毫克/平方米。运行中严格控制温升，防止局部过热。采用防爆电机和电器。

氢气输送：氢分子极小，极易泄漏。密封系统需特别加强，通常采用双端面机械密封加惰性气体阻塞。厂房通风良好，设置氢气泄漏检测报警装置。

有毒气体输送：虽然文中提到的气体大多无毒，但实际工业气体可能含有有毒成分。系统需保证负压操作，防止泄漏。设置气体监测和报警系统。

通用安全措施：风机进出口设紧急切断阀；系统设安全泄放装置；关键参数（压力、温度、振动）设联锁保护；定期进行泄漏检测。

六、D(Tm)567-3.6型风机在重稀土铥提纯中的应用实践

6.1 工艺流程适配性

在重稀土铥的提纯过程中，D(Tm)567-3.6型风机主要应用于三个环节：

跳汰分选环节：为跳汰机提供稳定、可调的气流脉冲。通过调节风机转速或出口阀门，控制气流脉冲的频率和强度，使铥矿物与脉石按密度有效分层。该风机的高压特性特别适合处理深床层跳汰。

浮选环节：虽然专用浮选风机（CF、CJ系列）更常见，但在需要较高压力产生微细气泡的特殊浮选工艺中，D(Tm)567-3.6型风机也能胜任。其高压气流通过微孔介质时，能产生直径0.1-0.5毫米的均匀气泡，提高浮选选择性。

气体保护环节：在铥的高温还原和提纯过程中，需要惰性气体（通常是氩气）保护，防止氧化。D(Tm)567-3.6型风机的高压特性适合长距离输送和维持系统正压，确保外部空气不会渗入。

6.2 运行优化建议

基于实际应用经验，对D(Tm)567-3.6型风机在铥提纯中的运行提出以下优化建议：

变频调速应用：采用变频器控制风机转速，实现流量和压力的无级调节。这不仅节能，更重要的是能够精确匹配工艺需求，特别是在跳汰机工作周期中，可以编程控制气流脉冲波形。

多参数联动控制：将风机控制与工艺参数联动，如根据跳汰机床层阻力自动调节风机输出，根据浮选槽液位自动调节充气量等。这种智能控制可提高铥回收率和品位。

预防性维护体系：建立基于状态的维护（CBM）体系，通过在线监测振动、温度、性能参数等，预测可能发生的故障，提前安排维护，避免非计划停机对连续生产的铥提纯工艺造成影响。

备用系统配置：铥提纯是连续工艺，风机故障可能导致整条生产线停产。建议配置100%备用风机，或至少50%备用能力（两台各50%容量风机并联，一台备用）。

七、未来发展趋势

随着稀土提纯技术向更高效、更环保、更智能的方向发展，对离心鼓风机也提出了新的要求：

智能化：集成更多传感器，实现运行状态自诊断；采用先进控制算法，实现自适应调节；与工厂DCS系统深度集成，成为智能生产系统的一部分。

高效化：通过CFD优化流道设计，提高效率3-5个百分点；开发新型密封技术，减少内泄漏；采用磁性轴承，消除机械摩擦损失。

材料进步：开发更耐腐蚀、更轻质的高强度材料，如钛合金叶轮、复合材料壳体等，提高风机对恶劣工况的适应性。

标准化与模块化：设计标准化接口和模块化部件，缩短交货周期，降低维护成本，提高备件通用性。

结论

D(Tm)567-3.6型高速高压多级离心鼓风机作为重稀土铥提纯工艺中的关键设备，其设计和制造充分考虑了稀土行业的特殊需求。从高强度主轴到精密轴瓦，从多级叶轮到多层密封，每个部件都体现了对可靠性、效率和安全性的追求。

正确选择、合理使用、科学维护这台风机，不仅能够保证铥提纯工艺的稳定运行，提高产品回收率和纯度，还能降低能耗和维护成本，为稀土行业的高质量发展提供设备保障。随着技术的不断进步，未来的稀土专用风机将更加智能、高效、可靠，为稀土这一战略资源的开发利用做出更大贡献。