重稀土铒(Er)提纯风机关键技术详解:以D(Er)1018-1.87型离心鼓风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土铒提纯、离心鼓风机、D(Er)1018-1.87、风机配件、风机维修、工业气体输送、多级离心风机

第一章 稀土矿提纯工艺中的离心鼓风机概述

稀土元素是现代高科技产业不可或缺的战略资源，其中重稀土铒(Er)因其在光纤通信、核工业、特种合金等领域的特殊应用价值而备受关注。铒的提纯过程对气体输送设备提出了极为苛刻的要求，不仅需要稳定的气源供应，还必须满足特定压力、流量和纯净度标准。离心鼓风机作为提纯工艺流程中的核心动力设备，其性能直接影响到最终产品的纯度和生产效率。

在稀土铒提纯过程中，离心鼓风机主要承担三大功能：一是为跳汰分选、浮选等物理分离工序提供稳定气流；二是在化学提纯阶段输送工艺气体（如氮气保护气氛、氢气还原气氛等）；三是为整个系统提供气动动力源。针对不同的工艺环节，风机选型也有所不同，形成了多个专用系列，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以及“AII(Er)”型系列单级双支撑加压风机。

这些风机可安全输送多种工业气体，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)以及混合无毒工业气体，充分适应了铒提纯各阶段的工艺需求。

第二章 D(Er)1018-1.87型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号命名规则与技术参数解析

D(Er)1018-1.87型离心鼓风机的型号编码包含了丰富的信息：“D”表示该风机属于高速高压多级离心鼓风机系列，专为高压气体输送设计；“(Er)”表明此型号针对重稀土铒提纯工艺进行了特殊优化；“1018”表示风机设计流量为每分钟1018立方米；“-1.8”指出风口压力为1.8个大气压（表压）；“7”代表第七代设计改进型。与基本型号D(Er)300-1.8相比，D(Er)1018-1.87在流量上增加了近3.4倍，适应了大规模铒提纯生产线的需求。

值得注意的是，型号标注中如果没有“/”符号，则表示进风口压力为标准大气压（1个大气压）。这一命名规则确保了用户能够直观了解风机的关键性能参数。

2.2 设计特点与结构优势

D(Er)1018-1.87型风机采用了多级离心压缩设计，通常包含3-5个压缩级，每级由叶轮、扩压器和回流器组成。这种多级结构使得风机能够在相对紧凑的尺寸下实现高达1.87个大气压的出口压力，满足铒提纯过程中对高压气源的需求。

该型号风机在设计中充分考虑了重稀土提纯的特殊工况：首先，采用耐腐蚀特种合金材料制造与气体接触的部件，防止工艺气体中的微量腐蚀成分对设备造成损害；其次，优化了叶轮型线和流道设计，将多变效率提升至82%以上，显著降低了能耗；第三，配备了精密的振动监测系统和温度保护装置，确保在连续运行工况下的可靠性；最后，针对可能输送的氢气等轻质气体，特别加强了密封系统的设计，防止气体泄漏和外部空气渗入。

2.3 在铒提纯工艺中的应用定位

D(Er)1018-1.87型风机主要应用于铒提纯的中后期阶段，特别是需要较高气体压力的工艺环节：

第三章 风机核心配件技术解析

3.1 风机主轴与轴承系统

D(Er)1018-1.87型风机的主轴采用42CrMoA合金钢经调质处理制造，表面进行高频淬火，硬度达到HRC48-52，具有优异的抗疲劳强度和耐磨性。主轴设计充分考虑了临界转速问题，工作转速设定在一阶临界转速的75%以下，确保了运行稳定性。

轴承系统采用滑动轴承设计，轴瓦材料为高锡铝合金(ZChSnSb11-6)，这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，能在润滑油膜暂时破坏时保护轴颈不受损伤。轴瓦与轴颈的配合间隙经过精密计算，通常控制在轴颈直径的千分之1.2到1.5之间，既保证充分润滑，又避免过大振动。

3.2 风机转子总成

转子总成是离心鼓风机的“心脏”，D(Er)1018-1.87型风机的转子采用多级叶轮串联结构，每个叶轮均经过动平衡校正，整体转子组装后还要进行高速动平衡测试，残余不平衡量控制在G2.5级以内。叶轮材料根据输送介质不同而有所区别：输送空气时采用铝合金ZL104；输送腐蚀性气体时采用不锈钢0Cr17Ni12Mo2；输送氢气时则选用低氢脆敏感性材料。

叶轮与主轴的连接采用过盈配合加键连接的双重固定方式，过盈量根据转速和扭矩计算确定，通常为轴径的千分之0.8到1.2。这种设计确保了在高转速下叶轮不会松动，同时传递扭矩可靠。

3.3 密封系统

针对稀土提纯工艺对气体纯净度的严格要求，D(Er)1018-1.87型风机配备了多重密封系统：

碳环密封：在轴穿过机壳的部位安装碳环密封，由多个碳环组成迷宫式密封结构。碳材料具有自润滑特性，即使与轴有轻微接触也不会造成严重磨损。碳环密封特别适用于高速旋转机械，能有效减少气体泄漏，密封间隙通常控制在0.05-0.15mm之间。

气封系统：在压缩机内部级间和轴端设置迷宫密封，利用气体通过狭小通道时的节流效应实现密封。迷宫齿数、齿形和间隙经过计算流体动力学优化，在保证密封效果的同时最小化泄漏损失。

油封：在轴承箱两端安装骨架油封或机械密封，防止润滑油泄漏和外部杂质进入轴承箱。油封材料根据润滑油类型和工作温度选择，通常采用氟橡胶或聚四氟乙烯复合材料。

3.4 轴承箱与润滑系统

轴承箱采用铸铁HT250铸造，结构刚性高，减振性能好。箱体设计确保轴承在精确对中状态下工作，避免因箱体变形导致的轴承偏载。轴承箱内部设有油槽和导油板，确保润滑油能充分到达各个润滑点。

润滑系统采用强制循环油润滑，由主油泵、备用油泵、油冷却器、油过滤器和油箱组成。润滑油选择ISO VG46透平油，工作油温控制在40-50℃之间，通过冷却水调节。油过滤器精度为10μm，确保润滑油清洁度达到NAS 7级以上。

第四章 风机维修与保养要点

4.1 日常维护与检查

D(Er)1018-1.87型风机的日常维护是确保长期稳定运行的基础，主要包括：

4.2 常见故障诊断与处理

振动过大故障：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动等。处理步骤为：首先检查基础螺栓紧固情况；其次检查联轴器对中，要求径向偏差小于0.05mm，角度偏差小于0.05mm/m；最后考虑转子动平衡校正，需要在专用平衡机上进行。

轴承温度过高：可能原因有润滑油不足或变质、轴承间隙不当、负载过大等。应检查油路是否通畅，油质是否合格，测量轴承间隙是否符合标准。轴瓦间隙计算公式为：顶隙等于轴颈直径乘以系数K，K值通常取0.0008-0.0012。

风量风压下降：可能原因包括密封磨损泄漏、叶轮积垢、进气过滤器堵塞等。应检查各级密封间隙，清洗叶轮流道，更换进气过滤器滤芯。密封间隙增大会导致内泄漏增加，效率下降。

4.3 大修周期与内容

D(Er)1018-1.87型风机建议每运行24000小时或每四年进行一次全面大修，大修内容包括：

第五章 工业气体输送风机的特殊考量

5.1 不同气体的输送特性

稀土铒提纯过程中涉及多种工业气体，每种气体对风机设计和运行都有特殊要求：

氢气输送：氢气密度小（仅为空气的1/14），声速高，容易泄漏。输送氢气的风机需要特别加强密封，采用低泄漏的干气密封或双层迷宫密封。同时，叶轮设计要考虑气体可压缩性的影响，压缩功计算公式中的绝热指数K取1.41。

氧气输送：氧气助燃性强，与油脂接触可能引发火灾。氧压机的所有零件必须彻底脱脂，润滑油采用不可燃的氟油或磷酸酯，密封材料选用不易产生火花的铜合金或Monel合金。

腐蚀性气体输送：如含有微量氟化氢的工艺气体，需要风机过流部件采用耐腐蚀材料，如哈氏合金C276或蒙乃尔合金，密封系统也需要特殊设计防止泄漏。

惰性气体输送：如氩气、氦气等，虽然化学性质稳定，但成本高，需要最大限度减少泄漏损失。密封间隙应尽可能小，同时考虑气体密度差异对风机性能的影响。风机定律表明，当气体密度变化时，风压与密度成正比，轴功率也与密度成正比。

5.2 气体特性对风机性能的影响

气体物性参数直接影响风机的性能表现，主要影响因素包括：

气体密度：直接影响风机产生的压力，压力与密度成正比关系。在输送轻质气体如氢气时，相同转速下产生的压力远低于输送空气时的压力。

绝热指数：影响压缩过程的温度升高，绝热指数大的气体压缩后温升更高，需要更强的冷却措施。

气体常数：影响气体状态方程，进而影响压缩功计算。压缩机轴功率计算公式为：轴功率等于质量流量乘以多变压缩功再除以多变效率。

声速：影响叶轮出口马赫数，高马赫数会导致效率下降和喘振边界前移。设计时需要控制叶轮出口相对马赫数在0.85以下。

5.3 安全防护措施

输送工业气体的风机必须考虑特殊安全措施：

第六章 稀土提纯风机选型与应用建议

6.1 选型原则与步骤

选择合适的离心鼓风机对铒提纯工艺的经济性和可靠性至关重要，选型应遵循以下步骤：

6.2 D(Er)1018-1.87型风机的优化应用

在实际应用中，为充分发挥D(Er)1018-1.87型风机的性能优势，建议采取以下措施：

6.3 未来发展趋势

随着稀土提纯工艺的不断进步和对产品纯度要求的日益提高，离心鼓风机技术也将持续发展：

结语

离心鼓风机作为重稀土铒提纯工艺中的关键设备，其性能直接关系到产品质量、生产效率和能源消耗。D(Er)1018-1.87型高速高压多级离心鼓风机凭借其优异的压力性能、可靠的密封系统和针对稀土提纯的特殊优化，成为大规模铒提纯生产线的理想选择。通过深入了解其结构特点、掌握正确的维护方法、根据输送气体特性合理选型和应用，可以最大限度地发挥设备效能，为我国稀土工业的发展提供可靠的技术装备保障。

随着稀土战略地位的不断提升和提纯技术的持续进步，离心鼓风机技术也将不断创新，向着更高效率、更智能控制、更长寿命和更低维护的方向发展，为重稀土铒及其他稀有金属的高效提纯贡献更大的力量。