重稀土钬(Ho)提纯专用风机技术解析及工业气体输送应用

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重稀土钬(Ho)提纯专用风机技术解析及工业气体输送应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土钬提纯、离心鼓风机、D(Ho)1123-2.92、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心风机

第一章重稀土钬提纯工艺与专用风机概述

重稀土元素钬（Holmium，Ho）作为高性能永磁材料、激光晶体、核控制材料等领域的关键原料，其提纯工艺对设备有着特殊而严苛的要求。在钬的湿法冶金提取过程中，离心鼓风机承担着气体输送、氧化还原反应供气、浮选气泡生成、烟气排除等关键任务，其性能直接影响到产品纯度、回收率和能耗指标。

针对重稀土提纯工艺的特点，风机技术领域开发了专用系列产品，包括：“C(Ho)”型系列多级离心鼓风机，“CF(Ho)”型系列专用浮选离心鼓风机，“CJ(Ho)”型系列专用浮选离心鼓风机，“D(Ho)”型系列高速高压多级离心鼓风机，“AI(Ho)”型系列单级悬臂加压风机，“S(Ho)”型系列单级高速双支撑加压风机，“AII(Ho)”型系列单级双支撑加压风机。这些专用风机根据钬提取不同工序的气体输送需求而设计，在材质选择、密封形式、抗腐蚀处理和运行参数方面进行了特殊优化。

在重稀土钬的提取过程中，风机需要处理多种工艺气体：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）以及各种混合无毒工业气体。不同气体介质的物理化学性质差异显著，对风机的设计提出了多样化要求。

第二章 D(Ho)1123-2.92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

重稀土钬提纯专用风机D(Ho)1123-2.92的型号解析如下：

“D”代表D系列高速高压多级离心鼓风机，该系列专为高压气体输送设计，采用多级叶轮串联结构，每级叶轮逐级增压，最终达到所需出口压力。 “(Ho)”表示该风机针对重稀土元素钬的提纯工艺进行了特殊设计和优化。 “1123”表示风机设计流量为每分钟1123立方米，该流量参数是根据钬提取工艺中气体需求量和系统阻力计算确定的。 “-2.92”表示风机出口压力为2.92个大气压（表压），即相对于标准大气压的增压值为1.92个大气压。根据命名规则，当型号中仅标注出口压力值时，默认进气压力为1个大气压（绝对压力）。

该风机专门为钬提取过程中的高压氧化工序设计，该工序需要将氧气或空气以较高压力注入反应体系，促进稀土化合物的氧化分解。2.92个大气压的工作压力确保了气体能够克服管道阻力和液位静压，均匀分散于反应液中。

2.2 结构与工作原理

D(Ho)1123-2.92型风机采用多级离心式结构，由多个叶轮串联在同一主轴上，每个叶轮均安装在独立的扩压器和回流器中。气体从进气口进入第一级叶轮，经离心加速后进入扩压器，将动能转化为压力能，随后通过回流器导向下一级叶轮入口，如此逐级增压，最终达到设计压力后从出口排出。

该风机采用高速设计，转速通常在8000-15000转/分钟范围内，具体转速根据电机极数和增速箱传动比确定。高速运转使得单级叶轮能够产生更高的压比，从而在较少的级数下实现目标压力，减少设备尺寸和重量。

针对重稀土提纯环境可能存在的腐蚀性气体，D(Ho)1123-2.92的关键过流部件采用特种不锈钢或钛合金材质制造。叶轮经过动平衡校正，精度达到G2.5级，确保高速运转下的振动值低于4.5毫米/秒，满足连续稳定运行要求。

2.3 在钬提纯工艺中的应用定位

在重稀土钬的提取流程中，D(Ho)1123-2.92型风机主要承担以下任务：

高压氧化供气：为钬化合物的高温高压氧化分解反应提供足量氧气或富氧空气气体循环驱动：在闭路气体循环系统中提供循环动力，提高气体利用率尾气增压输送：将反应后的尾气增压后送往净化回收系统气氛控制：为钬的氢还原工序提供高压氢气或惰性保护气氛

该风机的工作点需根据工艺管网的阻力特性曲线精心选择，确保在工艺要求的流量和压力范围内高效运行。针对钬提取过程中可能出现的工况波动，风机配备了进口导叶调节或变频调速装置，实现10%-100%范围内的无级流量调节。

第三章风机核心配件详解

3.1 风机主轴系统

D(Ho)1123-2.92型风机的主轴采用高强度合金钢（如42CrMo）整体锻造，经调质处理后硬度达到HB240-280，具有优异的抗疲劳强度和韧性。主轴设计充分考虑临界转速避开工作转速的30%以上，防止共振发生。轴颈部位经过高频淬火和精密磨削，表面粗糙度Ra≤0.4微米，硬度达到HRC50-55，确保与轴承的良好配合和耐磨性。

针对高速重载工况，主轴设计有足够的刚度，最大挠度控制在轴承间隙的50%以内，避免密封部位因轴挠曲而失效。键槽部位采用圆角过渡设计，减少应力集中，提高疲劳寿命。

3.2 轴承与轴瓦系统

D(Ho)1123-2.92型风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑系统，相较于滚动轴承，滑动轴承在高速重载条件下具有更好的阻尼特性和寿命。轴瓦材料为巴氏合金（锡锑铜合金），厚度1.5-3毫米，浇铸在钢制瓦背上。巴氏合金具有良好的嵌入性和顺应性，能在少量杂质进入时嵌入合金层，避免轴颈损伤。

轴承间隙按轴颈直径的千分之1.2-1.5设计，既要保证形成稳定的润滑油膜，又要控制转子振动。每套轴承配备铂电阻温度传感器，实时监测轴承温度，报警值设定为75℃，停机值设定为85℃。

3.3 风机转子总成

转子总成是离心风机的核心做功部件，D(Ho)1123-2.92的转子由主轴、多级叶轮、平衡盘、联轴器轮毂等组件组成。每级叶轮采用后弯式叶片设计，叶片数12-16片，材料为沉淀硬化不锈钢（如17-4PH），经五坐标数控铣削整体成型，保证型线精度和表面质量。

转子组装前，每个叶轮都经过单独平衡校正；组装完成后，整体转子在高速动平衡机上校正至G2.5级精度。平衡盘安装在末级叶轮后，用于平衡大部分轴向力，剩余轴向力由推力轴承承担。

3.4 密封系统

3.4.1 气封系统：级间密封和轴端密封采用迷宫密封结构，由多个锯齿形密封齿与轴套形成曲折通道，增加泄漏阻力。密封间隙控制在轴颈直径的千分之2-3，在热膨胀和动态挠曲情况下仍能保持非接触运行。

3.4.2 碳环密封：在输送易燃易爆或有毒气体（如氢气、一氧化碳）时，D(Ho)1123-2.92采用碳环密封作为轴端主密封。碳环由多个分段环组成，在弹簧力作用下紧贴轴套，磨损后能自动补偿。碳环密封的泄漏量仅为迷宫密封的10%-20%，显著提高工艺气体回收率。

3.4.3 油封系统：轴承箱与大气侧采用双唇骨架油封或机械密封，防止润滑油泄漏和外部杂质侵入。油封材料根据润滑油类型选择丁腈橡胶或氟橡胶，耐温范围-30℃至200℃。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱为整体铸铁结构，内部设有油槽和导油板，确保润滑油能充分覆盖轴颈。润滑系统采用强制循环油润滑，主油泵由主轴驱动，辅助油泵由电机驱动，备用油泵为电动。润滑油经过双联过滤器（一用一备）和油冷却器，保持油温在40-45℃之间。

润滑油选择ISO VG32或VG46汽轮机油，定期检测粘度、酸值、水分和颗粒污染度。轴承箱呼吸器配备干燥剂，防止水分进入。

第四章风机维护与修理技术

4.1 日常维护要点

D(Ho)1123-2.92型风机的日常维护包括：

振动监测：每天记录轴承部位的振动速度值，轴向和径向均不超过4.5毫米/秒，加速度值不超过10米/秒² 温度监测：轴承温度不超过70℃，润滑油进油温度40-45℃，回油温度不超过65℃ 润滑油管理：每周检查油位，每月取样分析油质，每年更换全部润滑油密封检查：每日检查碳环密封泄漏情况，泄漏量不超过设计值的1.5倍性能监测：记录进气压力、排气压力、流量和电流，绘制性能曲线，及时发现性能衰减

4.2 定期检修内容

小修（每运行4000-6000小时）：

清洗润滑油过滤器、冷却器检查联轴器对中和磨损情况检查地脚螺栓和管道支撑校验振动和温度传感器

中修（每运行24000-30000小时）：

解体检查轴承间隙和磨损，必要时更换轴瓦检查碳环密封磨损量，更换磨损超过原厚度1/3的碳环检查迷宫密封间隙，必要时更换密封套清洗叶轮和流道积垢校验转子动平衡

大修（每运行48000-60000小时）：

转子全部分解，检查主轴直线度、叶轮裂纹、动平衡更换所有密封件和轴承检查机壳水平度和变形性能测试，确保达到设计参数的95%以上

4.3 常见故障处理

4.3.1 振动超标：首先检查对中情况和地脚螺栓紧固度；其次检查转子积垢情况；最后检查轴承间隙和转子平衡状态。如果振动随转速升高而急剧增加，可能是临界转速问题；如果振动随负荷增加而增加，可能是气动激振。

4.3.2 温度过高：轴承温度高可能是润滑不良、轴承间隙过小或负荷过大；排气温度高可能是压缩比过高或冷却不良。需检查润滑油压力和流量、冷却水系统、系统阻力。

4.3.3 性能下降：流量或压力达不到设计值，可能是密封磨损泄漏增加、叶轮腐蚀或积垢、进气过滤器堵塞。需测试性能曲线，分段排查。

4.3.4 异常声响：周期性撞击声可能是转子与静止件摩擦；连续嘶嘶声可能是密封泄漏；啸叫声可能是气动失速。需立即停机检查。

4.4 大修后试车程序

大修后试车必须按步骤进行：

机械试车：拆除联轴器，单独试电机转向和振动无负荷试车：连接联轴器，不进工艺气体，空载运行2小时，检查振动、温度、噪声负荷试车：逐步增加负荷至25%、50%、75%、100%，每级负荷运行2小时，全面监测各项参数性能测试：在100%负荷下测试流量-压力曲线，与设计曲线对比 72小时连续运行：无异常后，连续运行72小时，记录所有参数

第五章工业气体输送专用风机技术

5.1 不同气体介质的输送要求

重稀土钬提纯过程中涉及多种工业气体，不同气体对风机有特殊要求：

5.1.1 氧气输送：必须严格禁油，所有过流部件需脱脂处理，采用不锈钢或铜合金材质。密封必须严密，防止油脂进入。D(Ho)系列风机输送氧气时，采用特殊设计的无油润滑系统和铜基材料。

5.1.2 氢气输送：氢气密度小、易泄漏、易燃易爆。风机需采用双端面机械密封或干气密封，泄漏量控制在安全范围内。所有电气设备需防爆设计，转子需特殊平衡，适应高转速需求。

5.1.3 腐蚀性气体输送：如含有氟化氢、氯气的工业烟气，风机需采用哈氏合金、蒙乃尔合金或衬塑设计。密封材料选用聚四氟乙烯或全氟醚橡胶。

5.1.4 惰性气体输送：如氩气、氮气，重点考虑密封性，防止昂贵气体泄漏损失。采用碳环密封或干气密封，泄漏率不超过0.5%。

5.2 专用风机系列选择指南

根据输送气体和工艺要求，重稀土提纯可选用以下专用风机：

5.2.1 “CF(Ho)”和“CJ(Ho)”系列浮选离心鼓风机：专为稀土浮选工序设计，能够产生稳定、细小、均匀的气泡，气泡直径0.5-2毫米，气体溶解度低。特别优化了叶轮流道和扩散器，防止气泡合并破裂。

5.2.2 “AI(Ho)”系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于中小流量、中低压力的气体增压输送，如分析仪器供气、保护气氛补充。采用悬臂设计，检修方便。

5.2.3 “S(Ho)”系列单级高速双支撑加压风机：采用齿轮箱增速，转速可达20000-30000转/分钟，单级压比高，适用于氮气、氦气等轻气体的高压输送。

5.2.4 “AII(Ho)”系列单级双支撑加压风机：转子两端支撑，刚性更好，适用于输送密度大、压力高的气体，如二氧化碳、氩气。

5.3 安全与控制系统

工业气体输送风机的安全控制包括：

防喘振控制：通过流量-压力监测，控制回流阀或转速，避免进入喘振区超压保护：设置安全阀或泄压阀，防止系统压力超过设计值1.1倍温度保护：轴承温度和排气温度双重保护，超温报警并连锁停机振动保护：振动值超过设定值报警，持续升高则连锁停机气体检测：输送易燃有毒气体时，在风机房设置气体泄漏检测报警仪

5.4 节能优化措施

针对重稀土提纯连续生产特点，风机节能措施包括：

变频调速：根据工艺需求实时调整转速，避免节流损失热回收：将压缩热用于工艺加热或余热发电流道优化：定期清洗叶轮，保持流道光洁，减少流动损失密封升级：将迷宫密封改为碳环密封或干气密封，减少内泄漏系统匹配：避免“大马拉小车”，使风机工作点在高效区内

第六章技术发展趋势

重稀土提纯专用风机技术正朝着以下方向发展：

智能化监测：基于物联网的在线监测系统，实时采集振动、温度、压力、性能数据，通过大数据分析预测故障，实现预知性维护。

材料升级：采用陶瓷涂层叶轮，提高耐腐蚀和耐磨性；碳纤维复合材料转子，减少重量，提高临界转速；高性能密封材料，延长密封寿命。

高效化设计：应用计算流体动力学优化流道型线，提高效率3-5%；采用磁悬浮轴承，消除机械摩擦损失，实现无油润滑。

模块化设计：将风机、电机、增速箱、控制系统集成模块，减少现场安装工作量，提高可靠性。

结语

重稀土钬提纯专用风机D(Ho)1123-2.92作为钬提取工艺中的关键动设备，其设计、选型、维护和修理都直接关系到生产线的稳定运行和经济效益。深入了解风机结构原理、掌握配件特性和维护要点，是确保风机长期可靠运行的基础。随着稀土行业对纯度、回收率和能耗要求的不断提高，风机技术也将持续创新，为重稀土资源的高效利用提供更加可靠、高效、智能的动力保障。

在实际应用中，建议用户建立完善的风机技术档案，记录从安装、调试、运行到维护的全生命周期数据，结合工艺变化不断优化运行参数，真正发挥专用风机的技术优势，为重稀土钬提纯产业的提质增效贡献力量。

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