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重稀土镥(Lu)提纯专用风机技术全解:以D(Lu)1951-1.70为核心

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:重稀土镥提纯、离心鼓风机、D(Lu)1951-1.70、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土提纯装备

一、引言:稀土提纯与风机技术的紧密关联

稀土元素的提纯是现代高端制造业与高科技产业的核心环节之一,其中重稀土镥(Lu)因其在核医学、激光晶体、特种合金等领域的不可替代性,其提纯工艺对装备提出了极为苛刻的要求。在镥的湿法冶金流程中,从浸出、萃取到沉淀、灼烧,多个环节需依赖高性能气体输送设备提供稳定气流与压力,离心鼓风机正是其中的关键动力心脏。

稀土矿提纯用离心鼓风机并非普通通用设备,而是针对稀土生产工艺中腐蚀性介质、精密压力控制、长期连续运行及高可靠性要求专门研发的系列化产品。本文将系统阐述重稀土镥提纯专用离心鼓风机的基础知识,重点剖析D(Lu)1951-1.70型高速高压多级离心鼓风机的技术特性,并对风机关键配件、维修要点及工业气体输送适应性进行详细说明,以期为行业技术人员提供参考。

二、重稀土镥提纯工艺对风机的特殊要求

重稀土镥的提纯通常采用溶剂萃取-反萃-沉淀的湿法流程,其间涉及多种气体参与反应或作为保护性气氛:

气体种类复杂:流程中可能需输送空气(用于氧化或气流搅拌)、氮气(惰性保护)、氧气(特定氧化步骤)、二氧化碳(沉淀过程)乃至氩气等惰性气体。 介质具有腐蚀性:萃取剂挥发物、酸性或碱性雾气可能随气流进入风机,要求过流部件具备优良的耐腐蚀性能。 压力与流量稳定性要求高:萃取槽、反应釜的气体分布与搅拌需极其稳定的气源,压力波动直接影响反应效率与产品一致性。 连续运行可靠性:稀土生产线常连续运行数月,风机必须满足高可靠性、低故障率的要求。 密封性要求严格:防止工艺气体泄漏造成物料损失、环境污染或安全隐患。

为此,风机行业开发了针对稀土提纯的专用系列,如C(Lu)、CF(Lu)、CJ(Lu)、D(Lu)、AI(Lu)、S(Lu)、AII(Lu)等系列,分别适用于不同压力、流量及工艺位置的需求。

三、D(Lu)1951-1.70型高速高压多级离心鼓风机深度解析

3.1 型号释义与基本参数

重稀土镥(Lu)提纯专用风机:D(Lu)1951-1.70,其型号标识遵循如下规则:

“D”:代表该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机。该系列采用多级叶轮串联结构,通过逐级增压实现较高出口压力,同时采用高速设计(通常依靠齿轮箱增速)以缩小整机尺寸、提高效率。 “(Lu)”:表示该风机专为重稀土镥提纯工艺设计或优化,在材质选择、密封配置、耐腐蚀处理等方面进行了针对性强化。 “1951”:表示风机在设计工况下的进口体积流量为每分钟1951立方米(m³/min)。这是风机选型的核心参数之一,需根据实际工艺用气量并考虑余量后确定。 “-1.70”:表示风机出口压力为1.70个大气压(表压),即相对于标准大气压的绝对压力约为2.70 ata。根据注释惯例,若未标注进口压力,则默认进口压力为1个标准大气压。

因此,D(Lu)1951-1.70风机是一款专为镥提纯工艺设计,能够每分钟输送1951立方米气体,并将其压力提升至比进口高0.70个大气压(约70 kPa)的高速多级离心鼓风机。

3.2 结构与工作原理

D(Lu)系列风机属于多级离心式结构,核心工作原理是:原动机(通常为电动机)通过高速齿轮箱驱动风机主轴高速旋转,安装在主轴上的多个叶轮随之转动。气体从进口进入第一级叶轮,在离心力作用下获得动能和压力能,经扩压器、回流器将部分动能转化为压力能后,再导入下一级叶轮继续增压。如此逐级推进,最终在末级达到设计压力后从出口排出。

其典型结构组成包括:

转子总成:由主轴、多级叶轮、平衡盘、联轴器等部件组成,是产生风压的核心旋转部件。 缸体与隔板:构成风机的静子部分,包含进气室、各级扩压器、回流器及排气室,引导气流并实现能量转换。 轴承系统:采用滑动轴承(轴瓦)或高速滚动轴承,支撑转子并承受径向和轴向载荷。 密封系统:包括级间密封、轴端气封和油封,防止气体泄漏和润滑油进入流道。 齿轮箱:将电机转速提升至风机工作所需的高转速(可达每分钟数万转)。 润滑系统:为齿轮箱和轴承提供强制循环润滑油,确保散热与润滑。 控制系统:监测振动、温度、压力等参数,并可通过进口导叶或转速调节流量压力。

3.3 在镥提纯流程中的应用定位

D(Lu)1951-1.70这类中等流量、中高压力的风机,在镥提纯生产线中通常扮演“主供气风机”的角色,可能应用于:

大规模萃取槽/反萃槽的气体搅拌:向槽底布气系统提供稳定压力和流量的气体(如空气或氮气),通过气泡搅拌强化传质过程。 物料气流输送:在干燥或煅烧后工序,输送粉末状中间产品(需配合除尘)。 为压力过滤设备提供反吹气源
其1.70 atm的出口压力足以克服布气器阻力、液柱静压及管道损失,确保气泡均匀分布。

四、风机关键配件详解

为确保D(Lu)系列风机在苛刻的稀土提纯环境中稳定运行,其关键配件均经过特殊设计和选材。

风机主轴: 采用高强度合金钢(如42CrMo)整体锻造,经调质处理获得优异的综合机械性能。 加工精度极高,各轴段(安装叶轮、轴承处)的同心度、圆柱度误差严格控制,以保障动态平衡。 表面可能进行镀铬或氮化处理,提高耐磨性和抗腐蚀能力。 风机轴承与轴瓦: D(Lu)系列高速风机多采用液体动压滑动轴承(轴瓦)。其依靠主轴旋转将润滑油带入楔形间隙形成压力油膜,实现非接触支撑,阻尼特性好,适合高转速工况。 轴瓦材料常为巴氏合金(锡基或铅基)衬层,浇铸在钢背之上,具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力。 轴承箱设计需保证充分的润滑油供应和散热,并配备温度传感器实时监控瓦温。 风机转子总成: 包含主轴、各级叶轮、平衡盘、锁紧螺母等。叶轮是核心做功元件,D(Lu)系列叶轮通常采用不锈钢(如304、316,甚至双相钢)精密铸造或焊接而成,以抵御工艺气体中可能存在的腐蚀成分。 每级叶轮均需进行严格的动平衡校正(达到G2.5或更高等级),多级组装成转子后还需进行整体高速动平衡,以将旋转不平衡力降至最低,确保运行平稳。 密封系统气封与级间密封:通常采用迷宫密封,利用一系列节流齿隙与膨胀空腔对泄漏气体形成多重节流与涡流耗散,实现非接触密封。密封齿材料可能为铜合金或铝,与轴套形成“软硬配对”,避免损伤主轴。 碳环密封:在一些对泄漏控制要求极高的场合,轴端可能采用碳环密封。它由多个分割的碳环在弹簧力作用下紧贴轴套,形成相对接触的密封,泄漏量远小于迷宫密封。碳材料具有良好的自润滑性和耐化学性。 油封:用于轴承箱两端,防止润滑油外泄。常用骨架油封迷宫式油封,确保轴承腔与外界隔离。 轴承箱: 作为转子支撑系统的外壳,具有足够的刚度和精度,确保轴承孔的同心度。箱体设有进油口、回油口、透气帽及测温测振开孔,集成度高。

五、风机维护、常见故障与修理要点

对D(Lu)1951-1.70这类关键设备,实施预防性维护和针对性修理至关重要。

5.1 日常维护与监测

振动监测:安装在线振动监测系统,跟踪振幅和频率变化。振动加剧往往是转子失衡、对中不良、轴承磨损或喘振的先兆。 温度监测:重点关注轴承温度(特别是轴瓦温度)和润滑油温,异常升高预示润滑不良或摩擦加剧。 压力与流量监测:监控进出口压力、过滤器压差,确保运行点在稳定区间,避免进入喘振区(当风机流量过低时,出现气流周期性剧烈振荡的现象)。 润滑油分析:定期取样化验油品粘度、水分含量和金属磨屑,预测部件磨损状态。

5.2 常见故障与修理

振动超标原因:转子积垢(来自工艺气体)破坏动平衡;叶轮磨损不均;联轴器对中偏移;地脚螺栓松动;轴承间隙过大。 修理:停机清洗转子;重新进行现场动平衡;重新对中;紧固地脚;调整或更换轴承/轴瓦。 轴承温度高原因:润滑油量不足或油质劣化;冷却器效率下降;轴承间隙过小;轴瓦刮研不当,接触不良。 修理:检查油路,更换新油;清洗冷却器;调整轴承间隙;重新刮研或更换轴瓦。 风量或压力不足原因:进口过滤器堵塞;密封间隙磨损过大,内泄漏严重;转速未达额定值;工艺系统阻力增大。 修理:清洗或更换滤芯;调整或更换迷宫密封齿、碳环;检查驱动系统;核实系统管路。 异响原因:喘振(系统调节不当);旋转件与静止件摩擦(如密封碰磨);轴承损坏。 修理:调整运行工况至稳定区;检查并调整间隙;更换轴承。

5.3 大修与核心部件修复

风机运行数年后需进行解体大修,重点:

转子总成:全面清洗,无损探伤(如磁粉、超声波),检查叶轮裂纹、轴弯曲度。必要时重新做高速动平衡。 密封系统:测量所有迷宫密封间隙,更换磨损超标的密封件。碳环密封检查磨损量及弹簧力。 轴承箱与轴瓦:检查轴承箱内孔有无磨损,轴瓦巴氏合金层有无脱落、裂纹、磨损。按标准间隙刮研新瓦或修复旧瓦。 齿轮箱(如有):检查齿轮啮合面、轴承,更换润滑油。

修理后的装配必须严格遵循技术规范,确保各部间隙(如气封间隙、轴承间隙、叶轮与隔板间隙)在公差范围内,并完成精确的对中校正。

六、输送各类工业气体的适应性说明

稀土提纯中输送的气体物性(密度、粘度、爆炸性、腐蚀性)差异巨大,对风机设计有不同要求。D(Lu)系列及其它Lu专用系列风机通过配置调整予以适应:

空气、氮气(N₂)、氩气(Ar)、氦气(He)、氖气(Ne):这些惰性或中性气体是风机设计的基准介质。D(Lu)1951-1.70的性能曲线即以标准空气(或类似密度气体)为介质标定。输送时重点在于密封性,防止贵重惰性气体(如氦、氖)泄漏损失。 氧气(O₂):极具助燃性。风机必须进行严格的禁油处理:所有氧气接触的流道部件需彻底脱脂清洗;采用无油润滑的轴承和密封形式(或使用与氧相容的润滑剂);材料选择上避免使用在纯氧中易发生燃爆的材质(如某些橡胶、油脂)。通常有专用的“氧压机”规范。 氢气(H₂):密度极小(约为空气的1/14),分子易泄漏、易燃易爆。输送氢气的风机首要挑战是极端防泄漏,轴端密封常采用干气密封或特殊设计的迷宫密封+氮气吹扫系统。同时,电机和电气设备需满足防爆要求。由于气体密度低,达到相同压比所需功耗较小,但叶轮级数可能需调整。 二氧化碳(CO₂):密度大于空气,具有一定腐蚀性(尤其在含水时形成碳酸)。风机材质需考虑耐弱酸性腐蚀,密封设计需防止其泄漏。 工业烟气:成分复杂,可能含腐蚀性组分(SOx、NOx)、颗粒物及水分。需重点考虑防腐(流道采用更高级别不锈钢或涂层)、防磨(针对颗粒)和防结垢设计。入口可能需增设更高效的过滤或洗涤装置。

选型与调整要点

性能换算:当输送气体密度与空气差异显著时,风机的压头(能量头)曲线基本不变,但压力、轴功率需按密度比例进行换算。轴功率与气体密度成正比材质升级:针对腐蚀性气体,过流部件(叶轮、缸体、隔板)材质可从普通碳钢升级为304、316L不锈钢,乃至钛材、哈氏合金。 密封特制:针对有毒、有害、易燃易爆或贵重气体,强化密封系统,采用碳环密封、干气密封,并可能配备密封气(如氮气)缓冲系统安全配套:针对易燃易爆气体,整套机组(含电机、仪表)需满足相应防爆等级,并设置气体泄漏检测和应急停机系统。

C(Lu)、CF(Lu)等系列可能更侧重于低压大流量(如浮选),而AI(Lu)、S(Lu)、AII(Lu)等单级系列适用于不同压力流量组合的工艺点,D(Lu)系列则聚焦于中高压力的核心供气岗位。所有“(Lu)”系列共享了针对稀土行业恶劣工况的耐用性设计理念。

七、结论

重稀土镥的提纯是尖端材料制备的关键一环,其工艺过程的稳定、高效与安全,离不开高性能专用离心鼓风机的支撑。D(Lu)1951-1.70型高速高压多级离心鼓风机作为该领域的代表性产品,通过其精密的转子设计、可靠的轴承与密封系统、以及针对特殊工业气体的适应性配置,为镥提纯生产线提供了稳定、可控的气源动力。

深入理解该型号及其所属系列风机的技术内涵、熟练掌握其关键配件的维护要点、并清晰认识其对不同工业气体的输送适应性与调整策略,是风机技术人员保障稀土生产装置“安、稳、长、满、优”运行的基本功。随着稀土产业向更高纯度、更低能耗、更智能化方向发展,对专用风机的性能、可靠性和智能化水平也必将提出新的要求,这需要设备制造企业与用户持续深化技术交流与合作。

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