重稀土钪(Sc)提纯专用风机技术解析:以D(Sc)1036-2.5型离心鼓风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土钪提纯、离心鼓风机、D(Sc)1036-2.5、风机配件、风机维修、工业气体输送、多级离心风机

1. 重稀土钪提纯工艺与专用风机的特殊要求

重稀土元素钪(Sc)作为战略性稀有金属，在航空航天、新能源、高端材料等领域具有不可替代的作用。钪的提纯工艺复杂，通常涉及萃取、浮选、焙烧、气体输送等多个环节，对工艺气体输送设备的可靠性、密封性、耐腐蚀性和压力稳定性提出了极高要求。在钪的浮选和气体输送工序中，离心鼓风机承担着提供稳定气流、维持系统压力、输送工艺气体的关键任务。

针对钪提纯的特殊工况，专用风机需要满足以下技术要求：第一，必须采用特殊材质以适应可能存在的腐蚀性气体环境；第二，密封系统必须极其可靠，防止珍贵稀土物料泄漏和外界杂质侵入；第三，风机需提供精确稳定的压力和流量，确保提纯工艺参数的稳定性；第四，风机设计需考虑连续运转的可靠性，减少非计划停机造成的生产损失。

为此，风机行业开发了针对稀土提纯的系列专用风机，包括“C(Sc)”型系列多级离心鼓风机，“CF(Sc)”型系列专用浮选离心鼓风机，”CJ(Sc)”型系列专用浮选离心鼓风机，“D(Sc)”型系列高速高压多级离心鼓风机，“AI(Sc)”型系列单级悬臂加压风机，“S(Sc)”型系列单级高速双支撑加压风机，“AII(Sc)”型系列单级双支撑加压风机等。这些风机根据钪提纯不同工序的压力、流量和介质要求进行针对性设计，形成了完整的专用设备体系。

2. D(Sc)1036-2.5型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号含义与基本参数

D(Sc)1036-2.5型离心鼓风机是专为重稀土钪提纯工艺设计的高速高压设备，其型号解析如下：

“D”代表D系列高速高压多级离心鼓风机，采用多级叶轮串联设计，可提供较高压比；“Sc”表示专为重稀土钪提纯工艺优化设计；“1036”表示风机设计流量为每分钟1036立方米；“-2.5”表示风机出口压力为2.5个大气压（表压），即相对压力为1.5个大气压（绝压2.5个大气压）。根据型号命名规则，如果没有斜杠“/”符号，则表示风机进口压力为标准大气压（1个大气压绝压）。

该型号风机主要用于钪提纯工艺中的高压气体输送、系统加压和气体循环等环节，其设计特点在于能够在较宽流量范围内保持压力稳定，适应钪提纯工艺中可能出现的工况波动。

2.2 结构特点与技术优势

D(Sc)1036-2.5型风机采用多级离心式设计，通常包含3-6级叶轮，每级叶轮之间设有导流器，将动能转化为压力能。与单级风机相比，多级设计可在相同转速下获得更高压比，更适合钪提纯工艺中需要中等流量、较高压力的应用场景。

该风机采用高速直驱设计，通过增速齿轮箱或高速电机直接驱动，转速可达每分钟10000-20000转，从而在紧凑结构下实现高性能。机壳通常采用高强度铸铁或特种合金钢，内部流道经过优化设计，减少气体流动损失，提高效率。叶轮采用高强度铝合金或钛合金材料，经过精密动平衡校正，确保高速运转下的稳定性。

针对钪提纯环境，D(Sc)1036-2.5型风机在防腐蚀方面做了特殊处理：与工艺气体接触的部件可采用不锈钢、哈氏合金或特种涂层保护；密封系统采用多重防护设计，防止工艺气体泄漏和外部杂质侵入；轴承和润滑系统与工艺气体完全隔离，避免污染。

3. 风机核心配件详解

3.1 转子总成与主轴系统

转子总成是离心鼓风机的核心运动部件，D(Sc)1036-2.5型风机的转子总成包括主轴、多级叶轮、平衡盘、联轴器等组件。主轴采用高强度合金钢锻造而成，经过调质处理和精密加工，确保在高转速下的强度和刚度。叶轮通过过盈配合或键连接固定在主轴上，每级叶轮之间设有隔套，保证轴向定位精度。

为减少轴向推力，D(Sc)1036-2.5型风机设置了平衡盘或自动平衡活塞，将大部分轴向力平衡掉，剩余轴向力由推力轴承承受。转子总成在装配完成后需进行高速动平衡校正，平衡精度达到G2.5级或更高，确保风机平稳运行。

3.2 轴承系统与轴瓦设计

D(Sc)1036-2.5型风机采用滑动轴承系统，主要包括径向轴承和推力轴承。径向轴承采用剖分式结构，便于安装和维护。轴瓦内衬通常采用巴氏合金（锡锑铜合金），这种材料具有良好的嵌入性、顺应性和抗咬合性，能在油膜润滑下与主轴形成良好配合。

轴瓦设计考虑了高速重载工况，油楔形状经过优化计算，确保在运转时形成稳定的压力油膜。润滑油通过轴承座上的油孔进入轴瓦，在主轴旋转带动下形成动压油膜，将主轴悬浮起来，实现液体摩擦，大幅降低摩擦系数和磨损。

3.3 密封系统：气封、油封与碳环密封

密封系统对于稀土提纯专用风机至关重要，D(Sc)1036-2.5型风机采用多重密封设计：

气封（迷宫密封）：安装在叶轮进口和机壳之间，由一系列环形齿和齿槽组成，形成曲折的泄漏路径，增加气体流动阻力，减少级间泄漏。迷宫密封不与主轴接触，无磨损，寿命长。

油封：用于轴承箱的密封，防止润滑油泄漏和外部杂质进入。常用的是骨架油封或机械密封，根据压力和工作温度选择合适的材料和结构。

碳环密封：在高压差部位采用的一种接触式密封，由多个碳环组成，在弹簧力作用下与主轴保持轻微接触。碳环具有自润滑性，耐磨性好，能在较高线速度下工作，密封效果优于迷宫密封。D(Sc)1036-2.5型风机在高压端通常采用碳环密封与迷宫密封的组合结构，兼顾密封效果和寿命。

3.4 轴承箱与润滑系统

轴承箱是支撑转子总成的重要部件，为轴承提供精确的安装位置和良好的工作环境。D(Sc)1036-2.5型风机的轴承箱为铸铁或铸钢件，具有足够的刚度和强度，内部油路设计合理，确保润滑油能顺畅到达各润滑点。

润滑系统采用强制循环油润滑，包括主油泵、辅助油泵、油冷却器、油过滤器、油箱等部件。润滑油不仅提供润滑，还带走轴承产生的热量，维持轴承温度在合理范围内。系统设有油压、油温监控和报警装置，确保润滑系统可靠工作。

4. 风机维护与故障处理

4.1 日常维护要点

D(Sc)1036-2.5型风机的日常维护主要包括：每日检查油位、油压、油温是否正常；检查风机振动和噪音有无异常；监测进出口压力和流量是否在正常范围；检查密封部位有无泄漏；定期取样分析润滑油质量，及时更换劣化润滑油。

每月需检查联轴器对中情况，检查基础螺栓紧固状态，清洁风机外表和冷却器。每半年应检查轴承间隙，检查密封磨损情况，校验仪表和传感器精度。

4.2 常见故障与处理

振动过大：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动等。处理措施：重新进行动平衡校正；检查并重新对中；检查轴承间隙，更换磨损轴承；紧固地脚螺栓。

轴承温度过高：可能原因包括润滑油不足或变质、冷却效果差、轴承间隙过小、负载过大等。处理措施：检查油路，更换润滑油；清洗冷却器；调整轴承间隙；检查系统阻力，排除过载因素。

压力或流量不足：可能原因包括过滤器堵塞、密封间隙过大、转速下降、系统泄漏等。处理措施：清洗或更换过滤器；调整或更换密封件；检查驱动系统；查找并消除泄漏点。

异常噪音：可能原因包括轴承损坏、转子与静止件摩擦、喘振等。处理措施：检查并更换损坏轴承；检查内部间隙；调整工况点，避免喘振区运行。

4.3 大修要点与装配精度

D(Sc)1036-2.5型风机大修通常每3-5年进行一次，或累计运行20000-30000小时后进行。大修内容包括：全面解体检查各部件磨损情况；测量并记录各部配合间隙；更换所有密封件和易损件；检查叶轮腐蚀和裂纹情况；对主轴进行无损探伤；彻底清洗润滑油系统。

装配时需要严格控制以下关键尺寸：轴承间隙（通常为轴径的千分之1.2到1.5）；叶轮与机壳的径向间隙和轴向间隙；密封间隙；联轴器对中精度（一般要求径向偏差小于0.05毫米，角度偏差小于0.05/100毫米）。装配完成后需重新进行动平衡校正和试运转。

5. 稀土提纯工艺中工业气体输送风机的选型与应用

5.1 不同气体介质的输送要求

在重稀土钪提纯工艺中，可能需要输送多种工业气体，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)以及混合无毒工业气体。不同气体物性差异显著，对风机选型和设计有不同要求：

密度影响：轻气体如氢气、氦气密度小，惯性小，需要更高转速或更多级数才能达到所需压力；重气体如二氧化碳、氩气则相反。

腐蚀性：工业烟气可能含有酸性成分，氧气具有强氧化性，需要选择耐腐蚀材料或采取防腐措施。

危险性：氢气易燃易爆，氧气助燃，需要防爆设计和特殊密封。

纯度要求：高纯度气体输送需防止油污和杂质污染，可能需采用无油设计或特殊密封。

5.2 各系列风机在钪提纯工艺中的应用场景

针对钪提纯的不同工序和气体介质，应选择合适的专用风机系列：

“C(Sc)”型多级离心鼓风机：适用于中等流量、中等压力的气体输送，如钪萃取过程中的气体循环和搅拌供气。

“CF(Sc)”和“CJ(Sc)”型专用浮选离心鼓风机：专门针对浮选工序设计，提供稳定气泡和适当搅拌强度，流量范围宽，压力适中。

“D(Sc)”型高速高压多级离心鼓风机：以D(Sc)1036-2.5为代表，适用于需要较高压力的工序，如气体加压输送、反吹清洗、系统保压等。

“AI(Sc)”型单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于小流量、中低压力的气体输送，如分析仪器供气、保护气体输送。

“S(Sc)”型单级高速双支撑加压风机：转速高，单级压比大，适用于中等流量、中高压力的场合。

“AII(Sc)”型单级双支撑加压风机：结构坚固，运行平稳，适用于流量较大但压力要求不高的气体输送。

5.3 选型计算要点

风机选型需基于工艺要求进行详细计算，主要参数包括：

流量：根据工艺需求确定，考虑系统漏损和工况变化，一般增加10-20%裕量。流量单位通常为立方米每分钟或立方米每小时，需注明是标准状态还是实际状态。

压力：确定进口压力和所需出口压力，计算压升。需考虑管道阻力、设备阻力和静压差，并留有一定裕量。

气体性质：明确气体成分、分子量、密度、比热比、温度、湿度、腐蚀性等参数，这些影响风机功率、材料和结构选择。

功率计算：风机轴功率可通过流量乘以压升除以效率的公式计算，考虑机械损失后选择适当功率的驱动电机。

特殊要求：根据工艺环境考虑防爆、防腐、密封、噪音等特殊要求，选择相应配置。

6. 结语

重稀土钪提纯专用风机作为关键工艺设备，其性能直接影响提纯效率、产品质量和生产成本。D(Sc)1036-2.5型高速高压多级离心鼓风机针对钪提纯工艺的特殊要求，在压力稳定性、密封可靠性、耐腐蚀性和运行效率等方面进行了优化设计，是钪提纯高压气体输送环节的理想选择。

正确的选型、规范的安装、细致的维护和及时的维修是保证风机长期稳定运行的关键。随着稀土提纯技术的不断发展，对专用风机的要求也将不断提高，风机技术需不断创新，以适应更高纯度、更低能耗、更智能控制的发展趋势。

对于具体工程应用，建议与风机专业技术人员深入沟通，提供详细的工艺参数和工况条件，进行个性化选型和设计，确保风机系统与工艺完美匹配，为稀土战略资源的高效利用提供可靠装备保障。