重稀土铥(Tm)提纯专用离心鼓风机技术详解:以D(Tm)1016-1.85型风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土铥(Tm)提纯， 专用离心鼓风机 D(Tm)1016-1.85， 风机配件， 风机修理， 工业气体输送， 多级离心鼓风机

引言：稀土提纯与专用风机的战略意义

稀土，被誉为“工业维生素”，是现代高科技产业不可或缺的战略资源。其中，重稀土元素如铥(Tm)，因其独特的磁、光、电性能，在国防军工、航空航天、高端医疗设备（如激光器）、超导材料及新一代磁性材料等领域具有不可替代的作用。铥的提纯过程复杂且苛刻，涉及焙烧、酸溶、萃取、结晶、干燥等多个高精度环节，这些环节往往需要依赖特定工艺气体（如氮气、氩气等保护性气体）的精确输送与加压，或为浮选、流化床、气力输送等关键设备提供稳定、洁净、高压的气源动力。因此，作为这些工艺流程的“心脏”设备:离心鼓风机的性能，直接决定了提纯效率、产品纯度、能耗水平乃至整个生产线的稳定运行。

针对重稀土铥提纯工艺的特殊要求，如气体纯度、压力稳定性、耐腐蚀性、密封可靠性及长期连续运行能力，通用型风机难以胜任。为此，发展出了系列化、专业化的“Tm”提纯专用离心鼓风机。本文将以其中一款高压力、大流量代表型号:D(Tm)1016-1.85型高速高压多级离心鼓风机为核心，系统阐述其基础知识，并对风机关键配件、维修要点以及输送各类工业气体的风机技术进行深入说明。

第一章 重稀土铥(Tm)提纯专用风机系列概览

在铥的湿法及火法冶炼提纯流程中，不同工序对风机的压力、流量、介质特性要求各异，因此衍生出多个专用系列：

“C(Tm)”型系列多级离心鼓风机：通常为常规多级结构，适用于中等压力范围的工艺气体输送，如萃取工序中气体的循环或搅拌供气。

“CF(Tm)”与“CJ(Tm)”型系列专用浮选离心鼓风机：专为稀土浮选工序设计。浮选过程需要将空气或特定气体以微小气泡形式均匀注入矿浆，对风机的出口压力稳定性、流量调节范围以及气体的洁净度有极高要求。该系列风机通常在气路设计、防浆液倒灌密封等方面有特殊加强。

“D(Tm)”型系列高速高压多级离心鼓风机：本文重点机型所属系列。该系列采用高转速设计，通过多级叶轮串联，实现较高的单机压升。特别适用于需要较高气体压力的环节，如高压气力输送物料、为某些高压反应釜提供气源、或作为工艺流程中克服高系统阻力的核心动力单元。型号D(Tm)1016-1.85即是该系列的典型代表。

“AI(Tm)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于流量相对较小、压力要求不极高的辅助工序或气体循环，安装维护相对简便。

“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：均采用双支撑转子设计，刚性好，运行平稳。“S(Tm)”型强调高转速，适合中等压力大流量工况；“AII(Tm)”型则为更经典的单级双支撑结构，适用于广泛的加压输送场景。

这些系列覆盖了从低压大风量到高压精密输送的全谱系需求，共同构成了服务于铥提纯全流程的“气体动力矩阵”。

第二章 核心机型深度解析：D(Tm)1016-1.85型高速高压多级离心鼓风机

2.1 型号释义与基本参数

以重稀土铥(Tm)提纯专用风机D(Tm)1016-1.85为例，其型号解读如下：

“D”：代表该风机属于“D型系列高速高压多级离心鼓风机”。

“(Tm)”：明确其为铥(Tm)提纯工艺专用设计，在材料选择、密封形式、内部清洁度等方面考虑了稀土化工环境的特点。

“1016”：表示风机在标准进气状态（通常指进气压力为1个标准大气压，温度20℃，相对湿度50%）下的额定体积流量，单位为立方米每分钟（m³/min）。即该风机的额定流量约为1016 m³/min。这是一个非常大的流量值，表明该风机适用于大规模生产或高气耗工艺环节。

“-1.85”：表示风机出口的绝对压力值为1.85个标准大气压（ata）。换算成表压（Gauge Pressure）约为0.85个大气压或约85 kPa（千帕）。这个压力在离心鼓风机中属于较高水平，体现了“高压”特性。

进风口压力默认：根据参考规则，型号中没有“/”来分隔进排气压力，因此默认其设计进风口压力为1个标准大气压（ata）。若工况进气压力非标，需特殊说明并重新核算性能。

综上所述，D(Tm)1016-1.85是一款专为重稀土铥提纯工艺设计的大流量、高压头多级离心鼓风机，其压比（出口绝对压力/进口绝对压力）为1.85。

2.2 结构与工作原理

D(Tm)1016-1.85作为多级离心鼓风机，其核心工作原理是气体连续通过多个串联的叶轮-扩压器级组，逐级获得能量（压力和速度），最终在末级后的蜗壳或出口段将速度能进一步转化为压力能，实现高压输出。

其主要结构组件包括：

机壳（气缸）：通常为水平剖分式，便于内部组件的安装与检修。材质根据输送气体性质选择，对于可能接触腐蚀性介质的场合，采用不锈钢或特殊涂层。

转子总成：风机的核心旋转部件。由主轴、多级叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器部件等过盈配合或键连接组装而成。每级叶轮都经过精密动平衡校正，确保高速下的稳定。

轴承系统：对于高速高压风机，滑动轴承（轴瓦）因其承载能力大、阻尼性能好、适合高速运行而被普遍采用。轴承系统包括径向轴承（支撑转子重量）和止推轴承（承受轴向推力）。

密封系统：这是保障风机内气体不泄漏、外部空气不吸入以及润滑油不进入流道的关键，尤其在输送贵重、危险或高纯度气体时至关重要。主要包括：

气封（迷宫密封）：安装在机壳与转子之间，通过一系列环形齿隙形成曲折路径，极大增加气体泄漏阻力，用于级间密封和轴端密封。

碳环密封：一种接触式机械密封，由多段碳环在弹簧力作用下紧贴轴套表面，形成更严密的径向密封。常用于输送易燃易爆（如氢气）、有毒或极高纯度气体（如保护性惰性气体）的场合，密封效果优于迷宫密封。

油封：位于轴承箱与外界或与机壳流道之间，防止润滑油从轴承箱泄漏，也防止气体或灰尘进入轴承箱。

轴承箱：容纳径向和止推轴承的独立箱体，内部有完善的润滑油路、冷却腔和监控仪表接口。

润滑系统：独立的强制循环油站，为轴承和齿轮（若有）提供压力稳定、温度适宜、过滤洁净的润滑油。

进出口导叶/阀门：用于调节流量和启动保护。

2.3 性能特点与应用场景

D(Tm)1016-1.85凭借其高压大流量特性，在铥提纯中可能应用于：

高压流化床干燥/焙烧：为流化床提供稳定高压气流，使稀土物料颗粒充分流态化，确保热质传递高效均匀。

长距离气力输送：将提纯前后的稀土粉末或中间产品，通过管道高压输送至下一工序，减少污染和损耗。

工艺气体增压：当来自空分或外购的氮气、氩气等保护气或反应气压力不足时，将其增压至工艺所需压力。

作为核心气源：为需要高压气体驱动的特种分离设备或反应装置提供动力。

第三章 关键配件详述与维护要点

风机的可靠性依赖于每个配件的完好。以下针对D(Tm)1016-1.85等类似高压风机的核心配件进行说明：

风机主轴：

要求：采用高强度合金钢（如40CrNiMoA）整体锻造，经过调质处理获得优良的综合机械性能。轴颈、止推面等关键部位需高频淬火，提高硬度和耐磨性。形位公差（直线度、圆度、同轴度）要求极高。

维护：定期检查轴颈有无磨损、划伤、腐蚀。大修时需进行无损探伤（如磁粉或超声波），检查有无裂纹。检查与叶轮、联轴器配合的过盈面有无松动或磨损。

风机轴承与轴瓦：

轴瓦材料：常用锡基巴氏合金（如ChSnSb11-6）浇铸在钢背上制成。巴氏合金具有良好的嵌入性、顺应性和抗咬合性，保护主轴。

维护：监测轴承温度、振动。停机检修时，检查轴瓦接触角、接触斑点、间隙（顶隙、侧隙）。检查巴氏合金层有无疲劳剥落、裂纹、磨损或腐蚀。油质清洁是延长轴瓦寿命的关键。

风机转子总成：

平衡：每个叶轮单独做动平衡，整个转子组装后需进行高速动平衡，将不平衡量控制在极低标准（如G2.5级以下），这是避免振动超标的核心。

维护：检查各级叶轮流道有无结垢、腐蚀、磨损或裂纹（尤其叶片根部）。检查叶轮与轴的配合紧力。检查平衡盘、推力盘的端面跳动和磨损情况。转子保存时应垂直悬挂或定期盘车，防止弯曲。

密封系统（气封、碳环密封、油封）：

气封（迷宫密封）：检查密封齿是否磨损、倒伏或断裂。间隙是核心参数，需用压铅法或塞尺测量，超出设计范围需更换。

碳环密封：检查碳环的磨损量、端面平行度、弹簧弹力。安装时注意分段环的开口交错，弹簧预紧力均匀。碳环属易损件，需定期更换。

油封：检查唇口有无老化、开裂、磨损。更换时注意安装方向和唇口朝向。

轴承箱：

检查箱体有无渗漏、裂纹。清洁内部油路，确保回油畅通。检查测温、测振探头安装孔位是否完好。

第四章 风机常见故障与修理概要

针对D(Tm)1016-1.85这类高压风机的修理，需由专业人员在具备条件的车间进行：

振动值超标：

可能原因：转子不平衡（结垢、部件松动、叶轮损伤）；对中不良；轴承磨损或损坏；地脚螺栓松动；临界转速匹配不当；喘振。

修理：重新清洁、检查并做高速动平衡；重新精确对中；更换轴承；紧固地脚；调整运行点远离喘振区。

轴承温度过高：

可能原因：润滑油量不足、油质劣化、油路堵塞；轴承间隙过小或磨损；负载过大；冷却系统故障。

修理：检查油泵、滤网、冷却器，更换合格润滑油；调整或更换轴瓦；检查系统阻力是否异常；清理冷却水路。

排气压力或流量不足：

可能原因：进口过滤器堵塞；密封间隙过大，内泄漏严重；转速下降（如皮带打滑、电机问题）；叶轮磨损严重；气体成分或进气状态变化。

修理：清洁滤网；检查并调整迷宫密封或更换碳环密封；检查驱动系统；修复或更换叶轮；复核工艺条件。

气体泄漏或油泄漏：

可能原因：轴端密封（碳环/迷宫）失效；油封老化；结合面密封垫损坏；壳体裂缝。

修理：更换密封件；更换油封；更换密封垫；对壳体进行补焊或更换（需严格工艺防止变形）。

大修流程通常包括：解体清洗 → 全面检测（尺寸、形位公差、无损探伤） → 更换或修复不合格件（如密封、轴瓦） → 转子重新平衡 → 精确组装（确保各级间隙） → 对中 → 单机试车（测试振动、温度、性能） → 现场安装调试。

第五章 输送各类工业气体的风机技术考量

重稀土提纯中，风机输送的介质远不止空气。针对不同工业气体，风机设计需特殊调整：

空气：最常用介质。主要考虑过滤（防尘、防腐蚀性气体）和常规防腐。

工业烟气：可能含腐蚀性成分（SOx, NOx, HF等）、粉尘和水分。风机需采用耐腐蚀材料（如双相不锈钢、特种合金或内衬防腐层），加强密封防止泄漏，并考虑保温防结露。

二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar)：多为惰性保护气。重点在于密封的严密性（常采用碳环密封或干气密封），防止空气渗入影响气体纯度，也防止气体外泄。压缩机后冷却需注意CO₂在高压低温下可能液化。

氧气(O₂)：强氧化性，忌油。风机需做严格脱脂处理，所有与氧气接触的部件、流道必须彻底除油。轴承箱密封需严防润滑油渗入。材料选用不易产生火花的铜合金或不锈钢。

氦气(He)、氖气(Ne)：惰性稀有气体，价值高。对密封性要求极高，尽可能采用零泄漏的干气密封系统。壳体设计需考虑氦分子小易渗透的特点。

氢气(H₂)：密度极小，分子易泄漏，易燃易爆。风机设计重点：1) 极致防泄漏（高级别密封如干气密封）；2) 防爆设计（防爆电机、仪表，消除静电）；3) 材料考虑氢脆现象；4) 由于气体密度低，相同压力下所需压缩功与空气不同，叶轮设计和功率选配需特殊计算。

对于混合无毒工业气体，需明确其具体成分、比例、露点、是否存在冷凝或反应可能，从而综合确定材料、密封和运行参数。

结论

在重稀土铥的高端提纯产业链中，专用离心鼓风机远非简单的气体输送设备，而是保障工艺先进性、产品高纯度和生产经济性的关键精密动力装备。D(Tm)1016-1.85型高速高压多级离心鼓风机作为大流量高压工况下的解决方案，其从型号解读、结构设计到配件选材和维护修理，都体现了高度的专业性和针对性。深入理解以它为代表的“Tm”系列专用风机，以及它们适应不同工业气体的技术奥秘，对于从事稀土冶炼的技术人员优化工艺、保障设备长周期稳定运行、降低生产成本具有重要的现实意义。随着稀土材料需求的持续增长和提纯技术的不断进步，对更高效率、更智能化、更可靠耐用的专用风机的研发与应用，必将持续深化。