重稀土钬(Ho)提纯专用风机技术全解析：以D(Ho)1367-1.56型离心鼓风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土钬提纯、离心鼓风机、D(Ho)1367-1.56、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心风机、钬分离专用设备

第一章 重稀土钬提纯工艺对风机的特殊要求

重稀土钬（Holmium）作为重要的战略资源，在现代高科技产业中具有不可替代的作用，广泛应用于光纤激光器、核磁共振成像、固态激光材料等领域。钬的提纯过程极为复杂，需要经过采矿、破碎、磨矿、浮选、浸出、萃取、沉淀、焙烧等多道工序，其中多个环节都需要专用风机提供稳定的气体输送和压力支持。

在钬的浮选和分离阶段，需要精确控制气流压力、流量和气体成分，以确保选矿效率和产品纯度。传统的通用风机难以满足这些苛刻要求，因此专门研发了“Ho”系列风机，其设计充分考虑了重稀土提纯工艺的以下特点：

第二章 D(Ho)1367-1.56型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号命名规则解析

在“Ho”系列风机命名系统中，D(Ho)1367-1.56具有明确的参数意义：

对比参考型号D(Ho)300-1.8，其流量为300m³/min，出风压力1.8个大气压，可见D(Ho)1367-1.56是一款大流量、中高压力的专用设备。

2.2 设计参数与性能特点

D(Ho)1367-1.56型风机是针对重稀土钬提纯过程中高压气体输送需求而设计的，主要性能特点包括：

流量-压力特性：该风机在额定转速下，能够提供1367m³/min的流量和1.56atm的出风压力，这一参数范围特别适合中等规模钬提纯生产线的气动需求。

多级压缩设计：采用多级叶轮串联结构，每级叶轮对气体做功，逐级提高气体压力。与单级风机相比，多级设计能够在保证高效率的同时，达到更高的压比（出口压力与进口压力比值）。

转速控制：配备高性能变频驱动系统，可根据工艺需求在70%-105%额定转速范围内调节，实现对流量和压力的精确控制。

效率优化：采用三元流设计叶轮，叶片型线经过计算流体动力学优化，使风机在设计工况点的绝热效率可达82-86%，显著降低能耗。

材料选择：所有与气体接触的部件均采用耐腐蚀材料，如叶轮和机壳可使用316L不锈钢或双相不锈钢，特殊部位可采用哈氏合金，确保在腐蚀性气体环境中的长期稳定性。

2.3 结构组成与核心技术

D(Ho)1367-1.56型风机的主要结构包括：

进气系统：包括进气口、进气导管和进气导叶调节装置。进气导叶可在0-90度范围内调节，实现流量预调节和防喘振控制。

压缩主机：由3-5级叶轮、扩压器和回流器组成。每级叶轮从主轴获取机械能，转化为气体动能；扩压器将气体动能转化为压力能；回流器引导气体进入下一级。

密封系统：采用多重密封组合设计，包括级间密封、轴端碳环密封和充气密封，确保气体泄漏率低于0.5%。

轴承与润滑系统：采用可倾瓦滑动轴承，配备强制循环润滑系统，确保转子稳定运行和轴承长寿命。

排气系统：包括排气蜗壳、排气口和止回阀，排气蜗壳设计兼顾效率和噪音控制。

第三章 “Ho”系列专用风机分类与应用场景

3.1 系列化产品概述

针对重稀土钬提纯的不同工艺环节，开发了完整的“Ho”系列专用风机：

“C(Ho)”型系列多级离心鼓风机：适用于中等压力、大流量工况，常用于矿石破碎除尘和烟气输送。

“CF(Ho)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门针对浮选工艺开发，注重压力稳定性和微调能力，流量范围200-800m³/min，压力范围1.3-2.0atm。

“CJ(Ho)”型系列专用浮选离心鼓风机：CF系列的改进型，加强了耐腐蚀设计和在线清洗功能。

“D(Ho)”型系列高速高压多级离心鼓风机：以D(Ho)1367-1.56为代表，适用于需要较高压力的工艺环节，如压力浸出和高压氧化。

“AI(Ho)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于小流量、中低压力的辅助工序。

“S(Ho)”型系列单级高速双支撑加压风机：高转速设计，适合小流量、高压比工况。

“AII(Ho)”型系列单级双支撑加压风机：结构坚固，运行稳定，适合连续运行的关键工位。

3.2 各系列适用工艺环节

在钬提纯生产线上，不同风机承担着不同任务：

第四章 风机核心配件技术解析

4.1 主轴与转子系统

风机主轴：D(Ho)1367-1.56的主轴采用42CrMoA高强度合金钢，经调质处理和精密加工，保证在高转速下的强度和刚度。主轴设计考虑了临界转速避开，工作转速应低于一阶临界转速的70%，高于二阶临界转速的30%，确保避开共振区。

叶轮组件：每级叶轮都经过动平衡校正，残余不平衡量小于G2.5级。叶轮与主轴采用过盈配合加键连接，确保传递大扭矩时不产生相对滑动。叶轮材料根据输送气体性质选择，对于腐蚀性气体，采用FV520B不锈钢或钛合金。

转子动力学设计：多级离心鼓风机的转子属于柔性转子，设计时采用传递矩阵法进行临界转速计算，确保转子在全工作范围内稳定。转子装配后，进行高速动平衡，平衡精度达到ISO1940 G1.0级。

4.2 轴承与润滑系统

轴瓦（滑动轴承）：D(Ho)1367-1.56采用可倾瓦块式滑动轴承，这种轴承具有优异的抗油膜振荡能力。每块瓦背有球面支撑，可随转速和载荷自动调整角度，形成最佳油楔。轴瓦材料为巴氏合金（SnSb11Cu6），厚度1.5-3mm，浇铸在钢背上。

轴承箱设计：轴承箱为剖分式结构，便于安装和维护。箱体设置回油槽和挡油环，确保润滑油顺利回流。轴承箱与机壳间设置隔热层，减少热量传导。

润滑系统：采用强制循环润滑，主油泵由主轴驱动，辅助油泵由电机驱动作为备用。润滑油路设置双联过滤器、油冷却器和蓄能器，确保轴承在各种工况下得到充分润滑和冷却。

4.3 密封系统

碳环密封：在轴端采用分段碳环密封，碳环材料为浸渍树脂石墨，具有自润滑性和良好耐磨性。碳环分为多个弧段，由弹簧箍紧在轴上，形成多道密封屏障。这种密封非接触式运行，功耗低，寿命长。

气封系统：在碳环密封外侧设置充气密封，引入高于机内压力的洁净气体（通常为氮气），形成气幕阻止有害气体外泄。气封压力通过调节阀控制在比机内压力高0.05-0.1MPa。

油封：采用双唇骨架油封或迷宫式油封，防止润滑油泄漏。油封材料根据油品和温度选择，常用氟橡胶或聚四氟乙烯复合材料。

4.4 其他关键配件

联轴器：采用膜片式联轴器，可补偿轴向、径向和角向偏差，传递扭矩大，无需润滑。

底座与对中系统：风机和电机安装在整体式钢制底座上，底座具有足够刚度，防止运行中变形。对中采用激光对中仪，确保同轴度误差小于0.05mm。

监测仪表：配备振动传感器、温度传感器、压力变送器等在线监测设备，实时监控风机运行状态。

第五章 风机维护与修理技术

5.1 日常维护要点

振动监测：每日记录风机轴承振动值，振动速度有效值不应超过4.5mm/s，位移峰值不应超过50μm。如发现振动增大，应及时分析原因。

温度监控：轴承温度不应超过75℃，润滑油进油温度控制在35-45℃，回油温度不应超过65℃。

润滑管理：定期检查润滑油品质，每3个月取样分析一次。润滑油更换周期通常为8000运行小时或一年，以先到者为准。

密封检查：每周检查密封气体压力和流量，确保密封有效。定期检查碳环磨损情况，磨损量超过原始厚度1/3时应更换。

5.2 常见故障诊断与处理

振动异常：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承损坏、基础松动或喘振。处理方法包括重新平衡转子、重新对中、更换轴承、紧固地脚螺栓或调整操作点避开喘振区。

温度过高：可能原因包括润滑油不足或变质、冷却器效率下降、轴承间隙不当或过载运行。对应措施包括补充或更换润滑油、清洗冷却器、调整轴承间隙或降低负荷。

性能下降：表现为流量或压力达不到设计值，可能原因包括密封磨损泄漏、叶轮积垢或磨损、进气过滤器堵塞。需要检查密封间隙、清洁或更换叶轮、清洗过滤器。

异常噪音：可能原因包括轴承损坏、转子与静止件摩擦、喘振或旋转失速。应立即停机检查，避免事故扩大。

5.3 大修工艺与标准

大修周期：D(Ho)系列风机大修周期一般为30000运行小时或4年，具体根据实际运行状况调整。

拆卸顺序：1) 断开电源和管路；2) 拆联轴器护罩和膜片；3) 拆进气箱和出气箱；4) 拆轴承盖和上轴瓦；5) 吊出转子。

转子检修：检查主轴直线度，全长跳动不超过0.02mm；检查叶轮磨损和腐蚀情况，叶片厚度减少超过30%应更换；转子重新进行动平衡。

轴承与密封更换：测量轴瓦间隙，顶间隙应为轴颈直径的0.12%-0.15%，侧间隙应为顶间隙的一半；更换碳环密封时，注意分段方向，弹簧预紧力均匀。

装配要点：按拆卸逆序装配，注意各级叶轮方向；紧固螺栓使用扭矩扳手，按对称顺序逐步拧紧；最后用激光对中仪精确对中。

试车程序：大修后先进行机械试车，无负载运行2小时；然后逐渐加载至25%、50%、75%、100%负荷，每个负荷点运行1小时；记录振动、温度等参数，全部合格方可投入运行。

第六章 工业气体输送的特殊考量

6.1 不同气体的物理特性与风机设计调整

“Ho”系列风机可输送多种工业气体，不同气体特性对风机设计有不同要求：

空气：最常用介质，设计基准。密度1.293kg/m³，等熵指数1.4。

二氧化碳(CO₂)：密度大于空气（1.977kg/m³），等熵指数1.3。输送CO₂时，风机功率需增加，叶轮强度需校核。

氮气(N₂)：密度与空气接近（1.250kg/m³），等熵指数1.4。可直接使用空气设计参数。

氧气(O₂)：密度1.429kg/m³，强氧化性。所有部件需脱脂处理，禁油设计，材料选择避免铁素体钢。

氦气(He)：密度极低（0.1785kg/m³），等熵指数1.66。输送He时，风机需特殊设计，提高转速，加强密封。

氢气(H₂)：密度最低（0.0899kg/m³），易燃易爆。需防爆设计，严格控制间隙防止静电，采用特殊密封。

混合气体：按混合比例计算平均分子量和等熵指数，重新计算风机性能曲线。

6.2 气体特性换算公式

当输送气体与设计气体不同时，需进行性能换算：

流量换算公式：实际流量等于设计流量（体积流量不变）
压力换算公式：实际压比等于设计压比（压比不变）
功率换算公式：实际功率等于设计功率乘以实际气体密度与设计气体密度比值再乘以实际等熵指数与设计等熵指数比值的某种函数关系
转速换算公式：实际转速等于设计转速乘以设计气体分子量与实际气体分子量比值的平方根

6.3 安全防护措施

防爆要求：输送易燃易爆气体时，电机和电器采用防爆型，风机壳体设计能承受内部爆炸压力，设置防爆膜。

防泄漏设计：采用双重密封加监测系统，有毒有害气体输送时，设置泄漏检测报警装置。

材料兼容性：根据气体性质选择兼容材料，如输送氯气时使用哈氏合金，输送氟气时使用蒙乃尔合金。

清洁度控制：高纯气体输送时，所有流道进行特殊清洗和钝化处理，装配在洁净室进行。

第七章 钬提纯生产线风机配置方案

7.1 典型工艺流程与风机配置

以年产50吨氧化钬生产线为例，风机配置方案如下：

破碎磨矿工段：2台C(Ho)800-1.3并联，一用一备，提供除尘和物料输送气流。

浮选工段：3台CF(Ho)650-1.45，两用一备，提供浮选气泡和搅拌。

浸出工段：1台D(Ho)1367-1.56，提供反应釜加压和氧化气体。

萃取工段：2台AI(Ho)200-1.6，一用一备，提供萃取槽搅拌气体。

沉淀过滤工段：1台AII(Ho)350-1.4，提供过滤辅助气流。

焙烧工段：1台S(Ho)150-1.8，提供高温洁净气流。

废气处理：1台C(Ho)1200-1.25，输送废气至处理装置。

7.2 节能优化措施

变频调速：所有风机配备变频器，根据工艺需求调整转速，避免节流损失。

热回收：高温排气通过换热器回收热量，用于工艺预热，可节能15-25%。

系统优化：通过管网优化和阻力降低，减少压力损失；合理选择管径，控制流速在15-25m/s经济范围。

智能控制：采用PLC/DCS系统，根据生产工艺参数自动调整风机运行状态，实现最优匹配。

第八章 未来发展趋势

8.1 智能化与物联网技术

未来“Ho”系列风机将深度融合物联网技术，实现：

8.2 新材料应用

8.3 高效节能技术

结语

重稀土钬提纯专用风机作为稀有金属冶炼的关键设备，其技术水平直接影响产品质量和生产效率。D(Ho)1367-1.56型高速高压多级离心鼓风机代表了当前钬提纯专用风机的先进水平，其优化的气动设计、可靠的密封系统、精密的制造工艺和完善的维护体系，确保了在苛刻工况下的稳定运行。随着稀土产业的持续发展和技术进步，“Ho”系列风机将继续升级优化，为我国稀土战略资源的高效利用提供坚实保障。