重稀土钪(Sc)提纯专用离心鼓风机技术详析:以D(Sc)146-2.65型风机为核心

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重稀土钪(Sc)提纯专用离心鼓风机技术详析:以D(Sc)146-2.65型风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）
关键词：重稀土钪提纯、离心鼓风机、D(Sc)146-2.65型号、风机配件、风机维修、工业气体输送、轴瓦、碳环密封、转子总成

一、引言

在稀土分离与提纯，尤其是重稀土元素钪（Sc）的萃取与精炼过程中，气体输送与加压是不可或缺的关键环节。无论是浮选、焙烧、酸解还是各类气体保护与置换工艺，都需要稳定、可靠、高效的鼓风机提供精确的气流与压力。专用的离心鼓风机因其结构紧凑、运行平稳、效率高、易于调节和维护，已成为现代稀土冶炼工厂的核心动设备之一。本文将从风机技术人员的视角出发，系统阐述重稀土钪提纯工艺中专用离心鼓风机的基础知识，并重点对一款典型设备:D(Sc)146-2.65型高速高压多级离心鼓风机进行深入解析，同时对风机关键配件、常见维修要点，以及输送不同工业气体的特殊考量进行详细说明。

二、重稀土钪提纯工艺对风机的特殊要求

钪的提纯通常涉及一系列复杂的湿法和火法冶金过程。这些工艺对输送气体的风机提出了区别于常规工业风机的严苛要求：

介质多样性：需要输送的空气、工艺烟气、以及作为保护气或反应气的二氧化碳（CO₂）、氮气（N₂）、氧气（O₂）、氩气（Ar）乃至氢气（H₂）等。不同气体的密度、粘度、化学活性、爆炸性差异巨大。 高可靠性：稀土生产线连续运行，价值高昂，风机非计划停机将导致巨大经济损失。因此要求风机具备极高的运行稳定性和寿命。 压力与流量精确匹配：不同工艺段（如浮选、流化床、压力过滤）所需的气体压力和流量范围不同，风机需能在设计点高效运行，并具备一定的调节能力。 密封性要求极高：防止贵重、有毒或危险的工艺气体泄漏，也防止外部空气侵入影响工艺纯度（如对氧气敏感的过程）。 材料相容性：与输送的特殊气体（如含氟、氯的腐蚀性烟气，湿二氧化碳等）接触的部件需选用耐腐蚀材料。

为满足这些需求，风机行业开发了系列化的专用机型，如前缀带“(Sc)”标识的系列，表示针对钪提纯工艺进行了优化设计。包括“C(Sc)”型多级离心鼓风机、“CF(Sc)”与“CJ(Sc)”型专用浮选离心鼓风机、“D(Sc)”型高速高压多级离心鼓风机、“AI(Sc)”型单级悬臂加压风机、“S(Sc)”型单级高速双支撑加压风机以及“AII(Sc)”型单级双支撑加压风机等。

三、核心设备详解：D(Sc)146-2.65型高速高压多级离心鼓风机

（一）型号解读
该型号遵循了行业通用命名规则：

D：代表“D系列高速高压多级离心鼓风机”。该系列特点是通过多个叶轮串联（多级）实现高压升，并通过齿轮箱增速，使叶轮工作在高效的高转速区。 (Sc)：明确标识此风机专为重稀土钪（Sc）的提纯工艺而设计和选型，在材料、密封、结构上考虑了工艺特性。 146：表示风机在设计工况下的进口容积流量为每分钟146立方米（m³/min）。这是风机选型的核心参数之一，直接关联工艺气体需求量。 2.65：表示风机出口的绝对压力为2.65个标准大气压（ata），即相对于标准大气压（1 ata）的升压为1.65个大气压。按照注释，型号中未标注进口压力，默认为在1个标准大气压（ata）下进气。
因此，D(Sc)146-2.65型风机的含义是：一款为钪提纯设计的高速高压多级离心鼓风机，在1个标准大气压进气条件下，可输出每分钟146立方米、压力为2.65个绝对大气压的气体（通常为空气或指定惰性气体）。此型号流量压力匹配常用于中等规模的压力过滤、气体吹扫或特定反应器的供气。

（二）结构与工作原理
D(Sc)系列风机属于多级齿轮增速式离心鼓风机。其核心工作原理是：原动机（通常是电动机）驱动齿轮箱的高速轴，高速轴上串联安装多个闭式或半开式离心叶轮。气体从进口进入第一级蜗壳，经第一级叶轮获得动能和压能后，流入扩压器将部分动能转化为静压，然后通过回流器引导至第二级叶轮入口，以此类推。经过多级逐级加压，最终在末级蜗壳汇集，达到设计压力后从出口排出。增速齿轮箱的使用使得每个叶轮都能在最优转速下运行，从而在较小的尺寸下实现较高的单级压升和整体效率。

（三）关键配件系统说明

风机主轴：是传递扭矩、支撑转子的核心部件。D(Sc)系列主轴采用高强度合金钢（如42CrMo）锻制，经调质热处理和精密加工，具有极高的强度、刚性和抗疲劳性能。其临界转速远高于工作转速，确保转子平稳通过各阶临界转速，运行在安全刚性轴区域。 风机转子总成：这是风机的“心脏”，包括主轴、所有级的叶轮、定距套、平衡盘（如有）、锁紧螺母等。叶轮是关键做功元件，根据输送气体性质，可采用优质不锈钢（如304、316L）、双相钢，或在特殊情况下采用钛合金制造，以确保强度和耐腐蚀性。转子在组装后必须进行严格的动平衡校正，通常要求达到G2.5或更高精度等级，以最大限度降低运行振动。 风机轴承与轴瓦：D(Sc)系列高速风机通常采用滑动轴承（轴瓦），因其承载能力强、阻尼性能好、适合高速运行。轴瓦材料多为巴氏合金（锡基或铅基）衬层，具有良好的嵌入性和顺应性。轴承箱为剖分式，内置径向轴承和止推轴承，分别承受转子径向载荷和轴向推力。润滑油系统强制供油，确保轴瓦与轴颈间形成稳定的流体动压油膜。 密封系统：这是保障风机安全、环保、高效运行的关键，尤其对于输送贵重或危险气体。 气封与油封：在轴承箱与机壳之间，设有组合密封。靠近机壳侧为气封（通常为迷宫密封），通入稍高于机内压力的清洁密封气（如氮气），阻止工艺气体向轴承箱泄漏。靠近轴承箱侧为油封（如骨架油封或机械密封），防止润滑油外泄。 碳环密封：在输送易燃易爆（如氢气）、有毒或极贵重气体时，D(Sc)风机常采用更先进的碳环密封作为轴端密封。它由多个浮动的石墨环组成，在弹簧和气体压力作用下与轴套保持微间隙或轻微接触，泄漏量极小，且具有自润滑、耐高温、化学惰性好等优点。密封气系统需精确控制，确保碳环密封工作稳定。 轴承箱：作为转子-轴承系统的支撑座，其刚性、对中性及散热设计至关重要。箱体为铸铁或铸钢结构，内部有精确加工的轴承座孔和复杂的油路。良好的轴承箱设计能保证轴瓦的长期稳定运行和热量的有效散发。

四、风机维护与修理要点

对于D(Sc)146-2.65这类关键设备，预防性维护和精准修理是保障其长周期运行的核心。

（一）日常巡检与维护

振动与温度监测：使用便携式测振仪和红外测温枪，定期检测轴承箱（特别是轴瓦部位）、齿轮箱、电机等处的振动速度/位移值及温度，记录趋势。异常升高往往是故障先兆。 润滑油系统检查：检查油位、油压、油温，定期分析润滑油样，监测水分、粘度变化和磨损金属颗粒含量。保持油滤清洁。 密封系统检查：检查密封气压力是否稳定，泄漏量是否在允许范围内。对于碳环密封，注意监听有无异常摩擦声，监测密封气排气是否带油或工艺气。 性能监测：定期记录进气压力、温度、出口压力、流量、电机电流等参数，与设计值或历史稳定值对比，判断风机内部流道是否结垢、磨损或密封间隙是否增大。

（二）常见故障与修理

振动超标：原因：转子不平衡（结垢、叶片磨损、零件脱落）、对中不良、轴瓦磨损或巴氏合金脱落、基础松动、喘振等。修理：停机后，首先复查联轴器对中。然后拆卸检查转子，进行现场或离线动平衡。检查轴瓦，测量间隙，必要时刮研或更换。紧固地脚螺栓。检查并消除可能引起喘振的工况（如系统阻力突变、进气堵塞）。 轴承温度高：原因：润滑油量不足或变质、油路堵塞、轴瓦间隙过小、轴瓦接触不良导致局部过热、冷却系统失效。修理：检查并清洗油路、冷却器。化验并更换合格润滑油。检查轴瓦，根据磨损和接触情况修复或更换，调整合适间隙。 出口压力或流量不足：原因：进气滤网堵塞、密封间隙（特别是级间密封和叶轮口圈密封）因磨损过大导致内泄漏严重、叶轮流道腐蚀或积垢、转速下降。修理：清洗进气过滤器。解体风机，测量各级密封间隙，更换磨损的迷宫密封齿或碳密封环。清理或更换损坏的叶轮。检查驱动系统确保转速正常。 气体泄漏：原因：轴端密封（气封、碳环密封）损坏或失效、壳体或管路连接处密封件老化。修理：更换损坏的密封组件。对于碳环密封，需检查环的磨损、裂纹，弹簧弹力，并确保密封气系统工作正常。更换所有静密封垫片。

所有修理工作，特别是涉及转子、轴承、齿轮箱等核心部件的拆装，必须严格遵循制造商的技术手册，使用专用工具，并由经验丰富的技术人员操作。修理后应进行完整的对中复查、单机试车和工艺联调。

五、输送不同工业气体的特殊考量

D(Sc)系列及其他“(Sc)”系列风机虽为钪提纯设计，但通过针对性选材和配置，可适配多种工业气体。气体性质是风机设计和选型的基础：

气体密度（ρ）：直接影响风机所需功率，功率与密度成正比。例如，输送密度极低的氢气（H₂）时，在相同压比和流量下，所需功率远小于输送空气；反之，输送密度较大的氩气（Ar）则需更大功率。风机电机选型必须据此计算。 气体常数与绝热指数（k）：影响压缩过程的温升和多变能量头计算。对于氮气（N₂）、氧气（O₂）、氩气（Ar）等双原子气体，k值约为1.4；对于二氧化碳（CO₂）等多原子气体，k值较小（约1.3）；对于氦气（He）、氢气（H₂）等单原子气体，k值最大（约1.66）。这直接关系到叶轮级数的确定和出口温度的计算，进而影响材料选择和冷却需求。 腐蚀性与材料选择： 湿二氧化碳（CO₂）、工业烟气：可能形成碳酸或含硫/氯酸性物质，需选用不锈钢（316L及以上）或更耐蚀合金。 氧气（O₂）：高压氧气环境下，禁油且材料需具备良好的阻燃性，所有通流部件需进行严格的脱脂处理，防止燃爆。通常选用不锈钢或铜合金。 氢气（H₂）：具有强渗透性和易燃易爆性。要求密封系统极其可靠（常采用干气密封或高性能碳环密封），电机电器需防爆，材料需考虑氢脆问题。 惰性气体（He、Ne、Ar）：化学性质稳定，材料选择主要考虑强度和工艺兼容性，但需特别注意密封，防止贵重气体（如氦气）泄漏损失。 密封系统适配：对于所有无毒惰性气体，密封系统主要目标是防止气体外泄损失和保持系统纯度。对于有毒或危险气体，密封系统必须实现“零”外泄漏或泄漏可控可收集。对于允许少量空气渗入的工艺（如某些烟气输送），密封气压力可略低于机内压力。对于要求绝对隔绝空气/氧气的工艺（如惰性保护气输送），密封气压力必须始终高于机内压力，且密封气本身应为惰性气体（如氮气）。 安全附件：根据气体性质，配置相应的安全阀、爆破片、气体泄漏检测仪、火焰探测器、氮气吹扫系统等。

因此，在订购一台如D(Sc)146-2.65的风机时，必须明确告知制造商所要输送的气体成分、温度、压力、湿度等所有工况条件，以便进行准确的性能计算、材料选择和密封方案设计。

六、结论

重稀土钪提纯专用离心鼓风机，如文中详述的D(Sc)146-2.65型风机，是融合了流体力学、材料科学、机械设计与自动控制技术的精密设备。其高效稳定的运行，直接关系到钪提纯工艺的连续性、经济性和安全性。深入理解其型号含义、工作原理、核心配件构成以及针对不同工业气体的特殊设计要求，是风机技术人员进行正确选型、高效运维和精准维修的基础。随着稀土工业技术的不断进步，对风机的可靠性、能效和智能化水平提出了更高要求。未来，集成在线监测、智能诊断和预测性维护功能的专用风机，将在重稀土乃至整个稀有金属冶炼领域发挥更加关键的作用。作为技术人员，我们应不断更新知识，掌握核心技术，确保这些“工艺肺腑”时刻保持最佳状态，为我国的战略资源产业保驾护航。

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