重稀土钬(Ho)提纯专用风机:D(Ho)1687-2.86型高速高压多级离心鼓风机技术详解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土提纯 钬(Ho) 离心鼓风机 D(Ho)1687-2.86 风机配件 风机修理 工业气体输送多级离心风机 稀土分离 气体动力学

引言：稀土提纯工艺中的关键气体输送设备

稀土元素作为现代高科技产业的“维生素”，其提纯工艺对设备有着极其苛刻的要求。重稀土钬(Ho)因其独特的磁学和光学特性，在激光材料、核磁共振成像、磁性材料等领域具有不可替代的作用。钬的提纯过程涉及多个物理化学阶段，其中气体输送与压力控制环节至关重要。离心鼓风机作为提供工艺气体动力源的核心设备，其性能直接影响到提纯效率、产品纯度及生产成本。

在钬的提纯流程中，从矿石浮选、酸浸出、溶剂萃取到最终的高纯度金属制备，每个阶段都需要特定压力、流量和纯度的气体参与反应或提供动力环境。专用风机必须能够在复杂工况下稳定运行，适应腐蚀性、高温或高纯度的工业气体，同时满足精确的压力控制要求。本文将深入探讨钬提纯专用离心鼓风机的基础知识，重点解析D(Ho)1687-2.86型高速高压多级离心鼓风机的技术特点，并系统阐述风机配件、维修要点及不同工业气体的输送特性。

第一章 重稀土钬提纯工艺对风机的特殊要求

1.1 钬提纯工艺概述

钬的提纯是一个多阶段、精细化的过程。通常包括：原矿破碎→浮选富集→酸法分解→溶剂萃取分离→沉淀转化→灼烧成氧化物→金属还原等步骤。在这些工艺中，气体输送设备主要应用于：

1.2 工艺对风机性能的特殊要求

钬提纯工艺对风机提出了不同于常规工业应用的要求：

气体纯净度要求：提纯后期阶段需要极高纯度的惰性气体（如氩气、氮气）或反应气体（如氢气），风机必须确保输送过程中不被污染。

耐腐蚀性：工艺气体可能含有酸性成分（如盐酸雾、氟化氢）或碱性物质，风机材料必须具有相应的耐腐蚀能力。

精密压力控制：萃取、分离等过程对气体压力波动极为敏感，要求风机能够提供稳定、精确的压力输出。

防爆要求：部分工艺环节使用氢气等易燃气体，风机需满足防爆设计标准。

低泄漏率：贵重工艺气体（如氦气）或有害气体的输送要求密封系统泄漏率极低。

适应性：同一风机可能需要适应不同阶段输送不同气体的需求，要求设计具有较好的通用性。

第二章 钬提纯专用离心鼓风机系列概览

根据钬提纯不同工艺阶段的需求，开发了多个专用风机系列，每个系列针对特定应用场景优化设计。

2.1 C(Ho)型系列多级离心鼓风机

该系列为中低压多级离心鼓风机，适用于压力要求中等、流量较大的工艺环节，如浮选前的矿石输送气体供给。采用多级叶轮串联设计，每级增压比适中，整体效率较高，运行平稳，适用于连续长时间运行工况。

2.2 CF(Ho)型与CJ(Ho)型系列专用浮选离心鼓风机

这两种系列专门为稀土矿浮选工艺开发。CF(Ho)型注重大气量、低压力的特性，能够为浮选槽提供均匀、稳定的气泡源；CJ(Ho)型则在CF型基础上优化了耐腐蚀性能，适应可能含有化学药剂的浮选环境。两种型号均采用特殊设计的进气室和扩散器，确保气流稳定，避免脉动影响浮选效果。

2.3 AI(Ho)型系列单级悬臂加压风机

该系列为单级悬臂式设计，结构紧凑，适用于空间受限的改造项目或辅助加压环节。叶轮直接安装在电机轴上，省去了联轴器和轴承座，减少了潜在泄漏点。适用于小流量、中低压力的工艺气体循环或补充。

2.4 S(Ho)型系列单级高速双支撑加压风机

采用高速单级叶轮配合齿轮箱增速的设计，在单级内实现较高的增压比。双支撑轴承结构确保了高速转子的稳定性，适用于对安装空间有要求但需要较高压力的场合。齿轮箱与风机本体一体化设计，减少了安装复杂性。

2.5 AII(Ho)型系列单级双支撑加压风机

该系列采用直接驱动或皮带传动，转速相对较低，但结构更加坚固可靠。双支撑轴承使转子动态稳定性更好，适用于输送含有微量固体颗粒或液滴的工艺气体，耐受一定的污染工况。

第三章 D(Ho)1687-2.86型高速高压多级离心鼓风机深度解析

3.1 型号命名规则与技术参数解读

D(Ho)1687-2.86型号各部分的含义：

该风机的主要设计工况：输送介质为干燥空气，进气温度20°C，进气压力1标准大气压，转速根据具体设计通常在8000-15000rpm范围，配套电机功率约450-550kW，等熵效率目标值≥82%。

3.2 结构与工作原理

D(Ho)1687-2.86型风机为水平剖分式结构，便于维护和检查内部组件。主要工作原理基于离心力作用：气体从轴向进入进气室，经导流器引导后进入第一级叶轮；高速旋转的叶轮将机械能传递给气体，提高其压力和速度；气体随后进入扩压器，将部分动能转化为压力能；然后通过回流器引导至下一级叶轮入口，重复上述过程；经过多级增压后，气体最终从出口排出。

级数选择基于目标压力与单级增压能力的平衡。对于2.86ata的出口压力，通常采用3-5级叶轮。每级增压比在1.2-1.4之间，既保证了效率，又控制了每级的负荷，确保转子动力学稳定性。

3.3 气动设计与性能特点

叶轮设计：采用后弯式叶片，叶片出口角通常在30-50度之间。这种设计虽然单级压力系数较低，但效率高，性能曲线平坦，稳定工况范围宽。叶片型线经过三元流优化，减少分离损失和尾迹损失。叶轮材料根据输送气体性质选择，对于腐蚀性气体采用不锈钢（如316L）或钛合金；对于高纯度惰性气体，采用内部抛光处理，减少气体滞留和污染。

扩压器与回流器：无叶扩压器与叶片式扩压器相结合的设计。前几级采用无叶扩压器，适应流量变化范围宽；后几级采用叶片式扩压器，提高压力恢复效率。回流器叶片采用机翼型设计，降低流动损失，同时确保气流以最佳角度进入下一级叶轮。

性能调节：该型号风机通常配备进口导叶调节装置，通过改变导叶角度调节风机性能，使其在不同工况下保持较高效率。调节范围通常为额定流量的60%-110%。对于更宽范围的调节需求，可配合变速驱动（如变频器）。

喘振防护：配备了防喘振控制系统，通过监测进气压力、排气压力、流量和温度，实时计算风机工作点与喘振边界的距离。当接近喘振区时，自动打开旁通阀或调节导叶角度，确保风机安全运行。

第四章 关键配件详解

4.1 风机主轴

主轴是传递扭矩、支撑转子的核心部件。D(Ho)1687-2.86的主轴采用高强度合金钢（如42CrMo）整体锻造，经调质处理获得良好的综合机械性能。主轴设计需满足：

4.2 风机轴承与轴瓦

D(Ho)1687-2.86采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，原因在于滑动轴承更适应高速重载工况，阻尼特性好，寿命长。

轴承结构：采用四油叶或可倾瓦轴承，这两种结构都具有良好的稳定性，抑制油膜振荡。瓦块背部有球面支点，允许瓦块随轴颈位置自适应调整，形成最佳油膜形状。

轴瓦材料：巴氏合金（锡基或铅基）衬层厚度约1-3mm，硬度适中，具有良好的嵌入性和顺应性，能够容忍微小的硬质颗粒。合金层与钢背结合强度需大于60MPa。

润滑系统：强制压力供油，油压通常为0.2-0.4MPa。润滑油除了润滑作用外，还带走轴承产生的热量。进油温度控制在40±5°C，回油温度不超过70°C。润滑油路配备双联过滤器，可在线切换清洗。

4.3 风机转子总成

转子总成包括主轴、各级叶轮、平衡盘、推力盘和联轴器半体等组件。

叶轮装配：叶轮与主轴采用过盈配合加键连接。过盈量经过精确计算，确保在工作温度下仍保持适当的紧力。装配时采用热装法，加热温度控制在150-200°C，避免材料性能受损。

动平衡：转子总成完成装配后，进行高速动平衡。平衡精度等级为G1.0（根据ISO1940），这意味着允许的不平衡量与转子质量之比非常小。平衡分两步：先做低速动平衡（通常300-500rpm），修正明显的不平衡；然后在高速动平衡机（可达到工作转速）上进行精细平衡，模拟实际支撑条件。

临界转速分析：通过转子动力学软件计算转子的坎贝尔图，确认工作转速避开各阶临界转速和共振区。对于多级离心风机，通常需要关注一阶和二阶弯曲临界转速，以及可能出现的扭振临界转速。

4.4 气封与油封系统

密封系统对于风机效率和安全至关重要，特别是输送贵重或有害气体时。

级间密封与轴端密封：一般采用迷宫密封。密封齿片采用铜合金或铝材等软质材料，与轴套保持微小间隙（直径间隙约0.2-0.4mm）。当转子轻微碰磨时，齿片优先磨损，保护主轴。迷宫密封的非接触特性确保了长寿命和低维护。

碳环密封：对于要求零泄漏或极低泄漏的场合，采用碳环密封作为辅助或主要密封。碳环由多个扇形段组成，靠弹簧力抱紧在轴套上，形成接触式密封。碳材料具有自润滑性，允许短时间干运行。碳环密封通常与迷宫密封串联使用，碳环承担主要压差，迷宫密封作为后备。

油封：防止润滑油从轴承箱泄漏。采用双唇口骨架油封或机械密封。对于高速场合，机械密封更为可靠，但成本较高。油封材料需与润滑油相容，通常为氟橡胶或聚四氟乙烯复合材料。

4.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱不仅支撑轴承，还形成润滑油腔。箱体通常为铸铁或铸钢件，具有足够的刚性，减少振动传递。箱体设计要点：

润滑系统：包括主油箱、油泵、冷却器、过滤器、调节阀和管路。主油箱容量满足风机运行5-8分钟的润滑油量，确保油泵故障时安全停机。油泵通常一用一备，自动切换。油冷却器根据环境温度和冷却水温度选型，确保进油温度恒定。过滤器精度为10-25μm，压差报警提示更换滤芯。

第五章 风机维护与故障处理

5.1 日常维护要点

5.2 常见故障诊断与处理

振动超标：

轴承温度过高：

性能下降（压力或流量不足）：

异常噪音：

5.3 大修要点与周期

D(Ho)1687-2.86型风机的大修周期通常为3-5年或24000-40000运行小时，以先到者为准。大修内容包括：

第六章 不同工业气体的输送特性与风机适应性

钬提纯过程涉及多种工业气体，每种气体对风机的设计和运行都有特殊影响。

6.1 空气

最常见的输送介质。密度约1.2kg/m³，比热比约为1.4。风机性能曲线通常以空气为基准标定。需要注意的是，空气中含有水分和微量杂质，在高压下可能析出，影响内部流道和密封。

6.2 工业烟气

成分复杂，可能含有SO₂、NOx、粉尘等。风机需考虑：

6.3 二氧化碳（CO₂）

密度约为空气的1.5倍（1.98kg/m³），比热比低（约1.3）。输送CO₂时：

6.4 氮气（N₂）与氧气（O₂）

N₂性质与空气接近，但更干燥；O₂化学性质活泼。

6.5 稀有气体：氦气（He）、氖气（Ne）、氩气（Ar）

这些气体通常用于创造惰性气氛或作为保护气体。

6.6 氢气（H₂）

密度极低（0.09kg/m³），扩散性强，易燃易爆。

6.7 混合无毒工业气体

成分和比例多变，风机选型和运行需考虑：

第七章 D(Ho)1687-2.86在钬提纯流程中的具体应用

7.1 浮选阶段应用

在钬矿浮选环节，D(Ho)1687-2.86可为大型浮选机组提供稳定、可调的气源。压力2.86ata可满足深槽浮选的需求，1687m³/min的流量能为多个浮选槽供气。此时输送介质为空气，但需注意矿山空气中可能含有湿气和微量腐蚀性成分，进气过滤系统需相应加强。

7.2 氧化焙烧环节

钬的某些中间化合物需要氧化焙烧转化为氧化物。此过程可能需要精确控制的氧气气氛。D(Ho)1687-2.86可输送氧气或富氧空气，但如前所述，必须严格遵循氧气风机的安全规范，包括材料选择、清洁度和防爆措施。

7.3 还原与金属制备

最终将氧化钬还原为金属钬通常在氢气或惰性气氛中进行。如果采用氢气还原法，D(Ho)1687-2.86需特别定制：采用防爆设计、抗氢脆材料、特殊密封系统。此时压力需求可能不同，可根据实际工艺要求调整设计参数，但系列风机的模块化设计允许一定范围的定制。

7.4 气体循环与回收

稀有气体和氢气成本高，工艺中常设计循环回路。D(Ho)1687-2.86可用于气体循环增压，维持系统压力平衡。这种情况下，风机需适应进气压力可能高于常压的工况，性能曲线需按实际进气压力重新标定。

第八章 选型与运行优化建议

8.1 选型要点

8.2 运行优化

结语

重稀土钬的提纯是高科技产业链上的关键一环，而专用离心鼓风机则是这一环节中的“心脏”设备。D(Ho)1687-2.86型高速高压多级离心鼓风机以其精密的设计、可靠的配件和针对钬提纯工艺的优化，为高效、稳定、安全的钬提纯生产提供了有力保障。随着稀土材料需求增长和提纯技术进步，风机技术也将持续发展，在材料科学、密封技术、智能控制等方面不断创新，以适应更加严苛和多样化的工艺需求。

对于风机技术专业人员而言，深入理解设备原理、掌握维护技能、熟悉各种气体特性，是确保设备长期稳定运行的基础。同时，与工艺人员密切沟通，了解工艺变化对设备的新要求，才能实现设备与工艺的最佳匹配，最终提升整个提纯过程的经济性和可靠性。