重稀土铒(Er)提纯专用离心鼓风机技术详解:以D(Er)2289-1.28型风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土铒提纯风机，D(Er)2289-1.28型离心鼓风机，风机配件与修理，工业气体输送，多级离心鼓风机技术，稀土矿物加工设备，轴瓦轴承系统，碳环密封技术

1. 稀土矿提纯工艺中的离心鼓风机概述

稀土矿物的提纯是一个高度复杂且精密的工业过程，其中气体输送与气氛控制设备起着至关重要的作用。在重稀土元素铒（Er）的提取与提纯工艺中，离心鼓风机是保障气体循环、气氛调节和工艺稳定的核心动力设备。与普通工业鼓风机不同，稀土提纯用风机需要应对腐蚀性气体、高温环境、精密压力控制和长期连续运行等苛刻工况，对设备的材质、设计、密封和可靠性提出了极高要求。

在铒的提纯流程中，风机主要用于几个关键环节：在焙烧分解阶段输送反应气体（如空气或特定工业气体）；在浸出与萃取环节提供气动搅拌或气体保护；在煅烧与还原过程中控制炉内气氛（如氮气、氩气等惰性气体）；以及在尾气处理系统中实现废气输送。因此，风机的性能直接影响到铒的提取效率、产品纯度和生产能耗。

针对稀土提纯的特殊需求，行业内发展出了一系列专用风机型号，形成了完整的“Er”系列产品线。这些型号包括：“C(Er)”型系列多级离心鼓风机，适用于中等压力、大流量的一般性气体输送；“CF(Er)”型系列专用浮选离心鼓风机，专为矿物浮选工艺设计，强调抗腐蚀和流量稳定性；“CJ(Er)”型系列专用浮选离心鼓风机，在CF基础上进行优化，适应更恶劣的矿浆环境；“D(Er)”型系列高速高压多级离心鼓风机，这是本文重点介绍的类型，适用于要求高压头、精密控制的提纯环节；“AI(Er)”型系列单级悬臂加压风机，结构紧凑，适用于空间受限的局部增压；“S(Er)”型系列单级高速双支撑加压风机，平衡性好，适合高速运转；“AII(Er)”型系列单级双支撑加压风机，是AI型的加强版，承载能力更强。

这些风机可安全输送的气体范围广泛，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）以及各种混合无毒工业气体。不同气体介质对风机的材质选择、密封形式和防爆设计有不同要求，需在选型时重点考虑。

2. D(Er)2289-1.28型高速高压多级离心鼓风机技术解析

2.1 型号命名规则与基本参数

在深入解析D(Er)2289-1.28型风机前，必须明确稀土提纯风机的型号命名体系。以参例“D(Er)300-1.8”的解释为基础：首字母“D”代表“D系列高速高压多级离心鼓风机”；括号内的“Er”明确此型号为铒提纯工艺专用设计或适用机型；数字“300”表示风机在设计工况下的流量为每分钟300立方米；“-”后的“1.8”表示出风口压力为1.8个大气压（表压），若未标注进风口压力，则默认进风口压力为1个标准大气压（绝对压力）。此命名规则直观体现了风机的核心性能参数。

由此，我们可以解读本文的核心机型：D(Er)2289-1.28。

D： 表示该风机属于D系列，即高速高压多级离心鼓风机系列。该系列的特点是采用多级叶轮串联结构，通过高速转子逐级增压，能够产生显著高于单级风机的压头，特别适合需要克服系统高阻力的稀土提纯气体输送环节。

(Er)： 特指风机适用于重稀土元素铒的提纯工艺。这意味着从材料选择、内部间隙设计、密封方案到表面处理工艺，都针对铒提纯过程中可能接触的腐蚀性介质（如含氟、氯的烟气或酸性气体）和高温环境进行了优化。

2289： 代表风机在设计工况下的额定流量为每分钟2289立方米。这是一个相当大的流量值，表明该风机适用于中大型规模的铒提纯生产线或需要大气体循环量的工艺环节，如大型焙烧炉的供风或车间整体气氛循环。

-1.28： 表示风机出口的设计压力为1.28个大气压（表压）。结合进风口默认的1个大气压，这意味着风机能够产生0.28 MPa的压升。这个压力等级非常适合用于需要克服较长管道、多级反应器或精密过滤器阻力的气体输送系统，确保末端有足够的气体压力和流量。

2.2 结构与工作原理

D(Er)2289-1.28型风机作为高速高压多级离心鼓风机，其核心结构在于“多级”与“高速”。整台风机主要由定子（机壳、隔板、密封组件）、转子（主轴、叶轮、平衡盘等）、轴承支撑系统、润滑系统、密封系统和控制系统组成。

其工作原理基于离心力与动能转换。驱动电机（通常通过增速齿轮箱）带动风机主轴高速旋转，固定在主轴上的多个叶轮随之转动。气体从进口吸入，进入第一级叶轮的中心（进口），在高速旋转的叶轮叶片作用下获得动能和速度，并被甩向叶轮外缘，进入截面逐渐扩大的扩压器。在扩压器中，气体的速度降低，部分动能根据伯努利原理转化为压力能（静压升高）。随后，气体被导流到下一级叶轮的进口，重复上述过程。每一级都使气体的压力得到一次提升。经过最后一级压缩后，气体汇集到蜗壳中，进一步将剩余动能转化为压力能，最终从出口排出，达到设计压力。

“高速”设计是为了在单级叶轮尺寸有限的情况下，通过提高转速来增加单级压比，从而在更少的级数内达到目标压力，使得风机结构更紧凑。D系列风机转速通常可达每分钟数千转甚至上万转，这也是其能够实现高压输出的关键。

2.3 在铒提纯工艺中的典型应用点

在重稀土铒的湿法或火法提纯生产线中，D(Er)2289-1.28型风机可扮演多个关键角色：

高压浸出与反应气体供给： 在高压釜中进行铒的酸法或碱法浸出时，需要持续向釜内通入空气或氧气以促进反应。该风机提供稳定且压力足够的气流，确保气液充分接触，提高浸出率。

流态化焙烧炉供风： 铒精矿的分解焙烧常在流态化焙烧炉中进行，需要高压空气从炉底风帽喷入，使矿粒处于流化状态。D(Er)2289-1.28提供的高压大风量空气是维持流态化的动力源。

惰性气氛保护输送： 在铒的金属热还原或高温煅烧等对氧气敏感的工序中，需要建立惰性气体（如氩气）保护气氛。该风机可用于循环和补充保护气，维持系统正压，防止空气渗入。

尾气处理系统动力： 提纯过程中产生的含尘、含酸废气需要被抽送至除尘、洗涤、吸收等环保设备进行处理。该风机可作为系统的引风或送风动力源，克服环保设备较大的阻力损失。

3. 风机核心配件详解

D(Er)2289-1.28型风机的可靠性与性能，极大程度上依赖于其关键配件的设计与制造质量。

1. 风机主轴： 这是整个转子系统的核心传动件，承载所有旋转部件（叶轮、平衡盘等）并传递扭矩。对于D(Er)2289-1.28这类高速风机，主轴必须具有极高的强度、刚性和动平衡精度。通常采用高强度合金钢（如42CrMo）整体锻造成型，经过精密加工、热处理（调质）和探伤检验。其临界转速必须远高于工作转速，以避免发生共振。轴颈与轴承配合的部位，表面粗糙度和硬度有严格要求。

2. 风机轴承与轴瓦： 在高速重载的D系列风机中，滑动轴承（轴瓦）的应用比滚动轴承更为普遍，因其承载能力大、运行平稳、阻尼性能好。轴瓦通常采用剖分式结构，瓦衬材料至关重要，常用巴氏合金（锡基或铅基）。巴氏合金具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力，能保护轴颈。润滑油在轴与轴瓦间形成稳定的动压油膜，将金属接触转为液体摩擦。轴承座上设有测温点，监控瓦温是预防烧瓦事故的关键。

3. 风机转子总成： 这是一个装配体，包括主轴、所有级别的叶轮、平衡盘、轴套、锁紧螺母等。每个叶轮都经过严格的动平衡校正，整个转子总成在装配后还需进行高速动平衡，将不平衡量控制在极低范围内，这是保证风机平稳运行、振动值达标的基础。叶轮的材料根据输送气体性质选择，对于可能接触腐蚀性介质的工况，常采用不锈钢（如304、316L）或更高等级的耐蚀合金。叶轮型线设计直接影响风机效率，多为后弯式叶片，以兼顾高压头和较宽的高效区。

4. 气封与油封：
- 气封（迷宫密封）： 安装在机壳隔板与转子之间，以及轴端。其作用是在转子与静子间形成曲折的通道，增加气体泄漏阻力，减少级间泄漏和轴端向外泄漏。气封齿与转子间的间隙是装配关键，过大会导致效率下降，过小则有摩擦风险。
- 油封： 主要安装在轴承箱的轴伸端，防止润滑油沿轴泄漏到箱体外，同时防止外部杂质进入轴承箱。常用形式有骨架油封、迷宫式油封等。

5. 轴承箱： 是容纳轴承、轴瓦并储存润滑油的外壳。它需要保证足够的刚性，为轴承提供稳定的支撑。箱体上设有油位计、加油口、放油口、透气帽以及润滑油进出口。对于强制润滑系统，轴承箱是回油的终点。

6. 碳环密封： 这是一种先进的非接触式轴端密封，尤其适用于输送有毒、有害、昂贵或易燃易爆气体（如氢气、氩气）的工况。碳环密封由多个石墨环串联组成，在弹簧力作用下其内孔与轴（或轴套）保持极小的间隙。密封气（通常是洁净的氮气或空气，压力略高于被密封介质）注入碳环组中间，一部分流向工艺气体侧阻止其泄漏，另一部分流向大气侧并排空。碳环密封磨损极小，寿命长，泄漏量远低于传统迷宫密封，在D(Er)系列风机的高要求密封场合得到广泛应用。

4. 风机常见故障与修理维护要点

为保证D(Er)2289-1.28型风机在铒提纯连续生产中的稳定运行，必须建立科学的维护制度和掌握关键修理技术。

常见故障分析：

振动超标： 这是最常见的故障。原因可能包括：转子动平衡失效（叶轮结垢、磨损不均或内部零件松动）；对中不良（风机与电机或齿轮箱对中数据超差）；轴承磨损或间隙过大；基础松动或管道应力；喘振（风机在不稳定工况区运行）。

轴承温度高： 可能原因：润滑油油质劣化、油量不足或油路堵塞；轴瓦巴氏合金磨损或脱落，间隙不当；冷却系统（油冷却器）效率下降；轴向力过大导致止推轴承负载过重。

风量或压力不足： 可能原因：进气过滤器堵塞；密封间隙（特别是气封）因磨损过大，内泄漏严重；转速未达到额定值（如皮带打滑、变频器问题）；叶轮腐蚀或磨损严重，效率下降；管网阻力实际值大于设计值。

异常噪音： 摩擦声（转子与静止件刮擦）；气流啸叫声（可能预示喘振）；规律的撞击声（可能部件松动）。

润滑油泄漏： 油封老化损坏；轴承箱结合面密封不良；回油管路堵塞。

修理与维护要点：

定期检修与预防性维护： 制定严格的点检、巡检制度，监测振动、温度、压力、流量等参数。定期更换润滑油和滤芯，清洗油路。根据运行时长，计划性安排停机大修。

转子系统修理： 大修时必须对转子总成进行检测。检查叶轮有无裂纹、腐蚀、磨损，必要时进行修复或更换。转子必须重新上平衡机进行高速动平衡校正，确保残余不平衡量符合标准。检查主轴有无弯曲、磨损，特别是轴颈和密封段。

轴承与轴瓦修理： 拆检轴瓦，测量间隙（顶隙、侧隙）。检查巴氏合金层有无疲劳裂纹、剥落、磨损或烧熔。若磨损在允许范围内，可刮研修复；若损坏严重，需重新浇铸巴氏合金并机加工。安装时保证间隙符合设计要求。

密封系统修理： 检查并测量迷宫密封齿的磨损情况，更换磨损超标的密封件，重新调整间隙。检查碳环密封的碳环磨损量、弹簧弹力，更换失效部件。更换所有老化的油封和静密封垫片。

对中复查： 每次大修重新组装后，必须严格进行风机与驱动机（电机/齿轮箱）的轴对中，使用双表或激光对中仪，确保冷态和热态补偿后的对中数据在允许范围内。

试车与性能测试： 修理完成后，必须进行空载和负载试车。逐步升速，监测振动、温度等参数直至额定工况。有条件时应进行性能测试，绘制实际运行曲线，与设计曲线对比，验证修理效果是否达到预期。

5. 输送各类工业气体的特殊考量

如前所述，D(Er)系列风机需适应多种工业气体，不同气体特性对风机设计、操作和维护提出特殊要求。

1. 空气： 最常输送的介质。需注意进气过滤，防止粉尘进入风机磨损部件。空气中含有氧气，对材质氧化要求不高，但润滑油系统需防范油雾与高温空气接触的潜在风险。

2. 工业烟气： 成分复杂，可能含SO₂、HCl、HF等酸性组分及粉尘。这是铒提纯尾气处理的典型介质。材质必须耐腐蚀，通常机壳、叶轮、流道部件需采用不锈钢或更高级别合金。需考虑内部沉积结垢的可能，设计上应便于清理。进气前必须进行高效的除尘和降温预处理。

3. 二氧化碳（CO₂）、氮气（N₂）、氩气（Ar）等惰性或弱活性气体： 主要用于创建保护性气氛。关键点在于密封性，防止空气渗入或贵重气体外泄。碳环密封在此类工况优势明显。对于纯度要求极高的场合，风机内部需进行特殊清洁处理，避免污染工艺气体。

4. 氧气（O₂）： 强氧化剂，极具危险性。输送氧气的风机，其所有与氧气接触的部件必须彻底脱脂，确保无油污、油脂，以防发生燃爆。材质应选用铜合金或不锈钢（但需注意某些不锈钢在高压纯氧中也有着火风险），并严格控制流速，避免异常发热。润滑系统必须与气腔完全隔离，采用无油润滑或惰性气体隔离密封。

5. 氢气（H₂）： 密度小、渗透性强、易燃易爆。输送氢气的风机首要考虑防泄漏和防爆。轴封必须极其可靠，多采用干气密封或高性能碳环密封组合。风机结构需符合防爆标准，电气部件为防爆型。由于氢气密度低，风机所需功率相对较小，但设计上要考虑对喘振特性的影响。

6. 氦气（He）、氖气（Ne）等稀有气体： 价格昂贵。输送的核心要求是极低的泄漏率。对密封系统的要求最高，通常采用多级串联的干气密封或特种碳环密封。风机内表面光洁度要求高，减少气体附着损失。

通用设计原则： 针对不同气体，风机选型时需重新计算气体常数、绝热指数等参数，修正性能曲线。电机功率需根据实际气体密度和压缩过程重新确定。对于危险气体，还需考虑安全泄放装置、气体检测报警系统以及与工艺联锁的控制逻辑。

6. 总结

重稀土铒的提纯是高科技与精密制造的前沿领域，其生产设备的性能直接关系到国家战略资源的获取效率与品质。D(Er)2289-1.28型高速高压多级离心鼓风机作为该流程中的关键气体动力设备，凭借其高压力、大流量、可适应多种严苛介质的特性，为铒提纯的稳定、高效、安全进行提供了坚实保障。

深入理解其型号含义、掌握其核心配件（如主轴、轴瓦、转子、碳环密封）的技术要点，是正确选型、安装和使用的基础。而建立基于故障分析的预防性维护与科学修理体系，则是延长风机寿命、保证生产连续性的关键。面对从空气到各类特殊工业气体的输送任务，工程师必须充分考虑气体物化特性带来的特殊要求，在材质、密封、安全和控制等方面做出针对性设计。

随着稀土提纯技术的不断进步，对配套风机的要求也将向着更高效率、更高可靠性、更智能控制和更环保密封的方向发展。作为风机技术人员，持续跟踪新技术、新材料、新工艺在该领域的应用，是提升设备管理水平、服务国家稀土战略产业的必由之路。