重稀土镥(Lu)提纯专用风机基础技术解析

作者：王军（139-7298-9387）
关键词：重稀土镥提纯 D(Lu)2518-1.67离心鼓风机 风机配件修理 工业气体输送 多级离心鼓风机技术

一、稀土矿提纯工艺与离心鼓风机的技术关联

在稀土矿物分离提纯工艺中，特别是针对重稀土元素镥(Lu)的提取，气体输送与气氛控制是关键环节。离心鼓风机在这一过程中承担着提供稳定气流、维持系统压力、输送工艺气体等多重任务。稀土分离通常采用跳汰、浮选、萃取等工艺，这些工艺对气体的流量、压力、纯度及稳定性有着严苛要求。针对镥元素提纯的特殊性，由于其原子序数高、离子半径小、化学性质活泼，需要在整个提纯过程中保持高度稳定的惰性气氛或特定气体环境，防止氧化和污染，这对风机系统的密封性、材料兼容性和控制精度提出了特殊挑战。

我国稀土提纯行业经过多年技术积累，已形成了针对不同工艺环节的专用风机系列，包括C(Lu)、CF(Lu)、CJ(Lu)、D(Lu)、AI(Lu)、S(Lu)、AII(Lu)等型号。这些风机在设计上充分考虑了稀土提纯工艺的特点，特别是在耐腐蚀性、密封可靠性、运行稳定性等方面进行了专门优化。其中，D(Lu)型系列高速高压多级离心鼓风机因其出色的压力输出和流量调节能力，在重稀土镥的高压跳汰和高压浮选工序中发挥着不可替代的作用。

二、D(Lu)2518-1.67型离心鼓风机技术详解

2.1 型号命名规则与技术参数解读

在风机型号D(Lu)2518-1.67中，每个部分都有明确的工程含义：“D”代表该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机，这一系列的特点是采用多级叶轮串联结构，能够实现较高的出口压力；“Lu”表示该风机专为重稀土元素镥的提纯工艺设计和优化，在材料选择、密封设计和内部流道方面都考虑了镥提纯的特殊要求；“2518”是风机的核心规格标识，其中“25”表示风机进口直径为250毫米，这是决定风机通流能力的关键尺寸，“18”表示叶轮级数为18级，级数越多，风机能够提供的压比越高；“-1.67”表示风机出口绝对压力为1.67个大气压（表压0.67公斤/平方厘米），这是一个相对较高的压力水平，适用于需要较高气压的跳汰分离工艺。

需要特别注意的是压力标注规则：当型号中只标注一个压力值时（如本例的-1.67），表示的是出口绝对压力值，而进口压力默认为标准大气压（1个大气压）。如果工艺要求非标准进气压力，则需要在型号中额外标注进气压力值，采用“进气压/出口压”的格式。例如，如果进气压力为1.2个大气压，出口压力为2.8个大气压，则标注为“1.2/2.8”。这种标注方式直观地反映了风机的实际压升能力。

2.2 设计与结构特点

D(Lu)2518-1.67型风机采用了典型的多级离心式结构，18级叶轮按照空气动力学原理顺序排列在主轴之上。每级叶轮都由后弯式叶片、前盘、后盘和轮毂精密焊接而成，叶片型线经过CFD优化，确保在较宽的流量范围内保持高效率。各级之间设置有导流器，将上一级叶轮出口的气流动能有效转化为下一级的进口压力能，同时引导气流以最佳角度进入下一级叶轮。

该风机设计转速通常在8000-12000转/分钟范围内，具体取决于电机极数和齿轮箱速比。高转速设计使得风机能够在相对紧凑的结构尺寸下实现高压力输出，减少了设备的占地面积，这对于空间受限的稀土提纯车间尤为重要。风机采用整体铸造的蜗壳，内部流道经过抛光处理，减少气体流动阻力，同时也便于清洁和维护，防止稀土粉尘积聚。

针对镥提纯工艺中可能涉及的腐蚀性气体环境，风机过流部件（包括蜗壳、叶轮、导流器等）采用了特种不锈钢材料，这种材料不仅具有良好的耐腐蚀性，还能够抵御稀土粉尘的磨损。对于可能接触高纯度惰性气体的部件，表面进行了特殊的钝化处理，防止气体污染。

2.3 性能特性与工艺适配

D(Lu)2518-1.67型风机在设计工况点的流量约为300立方米/分钟（具体数值需参考性能曲线），压力1.67个大气压，这一参数范围特别适合中等规模稀土提纯厂的跳汰工序需求。在镥的跳汰分离过程中，稳定的气流压力和流量是确保矿物按密度有效分层的关键。压力波动会导致床层不稳定，影响分离效率；流量不足则可能使矿物悬浮不充分，导致重矿物（如含镥矿物）无法有效沉降分离。

风机性能曲线呈现典型的离心式特征：在恒定转速下，流量增加时压力逐渐降低，功率消耗相应增加。在稀土提纯应用中，通常要求风机在高效区运行，效率一般在78%-85%之间。高效运行不仅降低能耗，更重要的是减少风机发热，保持输送气体温度的稳定，这对于温度敏感的稀土分离化学反应尤为重要。

该风机配置了先进的防喘振控制系统，当流量低于设计最小流量时，系统自动开启防喘振阀，防止风机进入不稳定工作区。喘振是离心风机的危险工况，会引起剧烈振动，可能导致轴承损坏、密封失效甚至叶轮破裂。在镥提纯这种连续化生产中，防止喘振对于保障生产安全和稳定产品质量至关重要。

三、风机核心部件技术解析

3.1 风机主轴与轴承系统

D(Lu)2518-1.67型风机的主轴采用高强度合金钢整体锻造，经过调质处理和精密磨削，确保在高转速下的动态平衡和长期运行的稳定性。主轴设计充分考虑了临界转速问题，工作转速远离第一、二阶临界转速，避免共振发生。主轴与叶轮的配合采用过盈配合加键连接的双重固定方式，确保在高转速下叶轮不会松动。

轴承系统采用滑动轴承（轴瓦）设计，相比滚动轴承，滑动轴承具有承载能力大、阻尼特性好、寿命长的优点，特别适合高速重载的离心鼓风机。轴瓦材料为巴氏合金，这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，即使有微小颗粒进入润滑系统，也能避免轴颈划伤。每个轴瓦都配置了温度传感器，实时监测轴承温度，防止因润滑不良导致的烧瓦事故。

润滑系统采用强制循环油润滑，包括主油泵、辅助油泵、油冷却器和双联滤油器等组件。油路设计确保在风机启动前先建立润滑油压，停机后继续供油直到转子完全停止。润滑油不仅起到润滑作用，还承担着带走轴承热量的冷却功能，维持轴承在合理温度范围内工作。

3.2 转子总成与动平衡

转子总成是离心风机的核心运动部件，由主轴、18级叶轮、平衡盘、推力盘等组件精密装配而成。每级叶轮在装配前都经过单独的高速动平衡，平衡精度达到G2.5级（根据ISO1940标准），确保单个叶轮的不平衡量在允许范围内。整体转子装配完成后，再次进行高速动平衡校正，平衡转速接近工作转速，确保在实际运行条件下的振动水平达标。

平衡盘是多级离心风机特有的部件，位于高压端，用于平衡转子受到的轴向推力。由于叶轮前后压力不同，转子会受到指向进气端的轴向力，这个力可能高达数吨。平衡盘通过在其两侧建立压力差，产生反向推力，大部分轴向力得到平衡。剩余轴向力由推力轴承承担，推力轴承采用金斯伯雷型或米切尔型可倾瓦结构，能够自动调整瓦块角度，形成最佳油楔，承受转子轴向窜动。

3.3 密封系统详解

密封系统对于保持风机内部气体纯净、防止工艺气体泄漏至关重要，在稀土提纯应用中尤为关键。D(Lu)2518-1.67型风机采用了多层次复合密封设计：

气封（迷宫密封）安装在叶轮进口与机壳之间，由一系列齿形环组成，形成曲折的泄漏路径，大幅增加气体泄漏阻力。迷宫密封不接触转子，无磨损，寿命长，但有一定的泄漏量，适用于压差不大的部位。

碳环密封用于轴端密封，由多个碳环串联组成，碳环内径与轴颈保持极小间隙（约0.05-0.1毫米）。碳材料具有自润滑性，即使与轴轻微接触也不会产生火花，这对于输送可燃气体尤为重要。碳环密封的泄漏量远小于迷宫密封，能够有效防止工艺气体外泄或外部空气渗入。

油封位于轴承箱两端，防止润滑油外泄。采用双唇骨架油封或机械密封，确保在高速旋转条件下可靠密封。油封失效不仅会造成油泄漏污染环境，还可能使润滑油进入气流通道，污染输送气体。

对于输送高纯度气体或有毒有害气体的应用，还可以选配干气密封系统。干气密封是非接触式机械密封，通过微米级的气膜实现零泄漏密封，但成本较高，维护要求也更高。

3.4 轴承箱与辅助系统

轴承箱是支撑转子、容纳轴承和密封的铸件，设计有足够的刚度和强度，防止因箱体变形影响轴承对中。轴承箱内部设计有合理的油路和回油通道，确保润滑油能够充分到达各个润滑点并及时返回油箱。

风机进出口法兰按照标准压力容器法兰设计，能够承受设计压力1.5倍的水压试验压力。法兰密封面采用凹凸面或榫槽面结构，配合金属缠绕垫片，确保气体无泄漏。对于腐蚀性气体，法兰内表面和密封面进行特殊防护处理。

监测系统包括振动传感器、轴位移传感器、温度传感器和压力传感器，这些传感器连续监测风机运行状态，数据传送至控制系统。当参数超过设定限值时，系统发出报警或自动停机，防止设备损坏。特别是振动监测，采用双通道测量（垂直和水平方向），能够早期发现转子不平衡、对中不良、轴承磨损等故障。

四、风机维护与修理技术要点

4.1 日常维护与检查

离心鼓风机的可靠运行建立在系统的日常维护基础上。对于D(Lu)2518-1.67型风机，每日需检查润滑油位、油压、油温是否正常；监听运行声音，检查有无异常振动；记录进出口压力、流量、电流等运行参数。每周检查油质，取样分析水分含量和颗粒污染度；检查所有紧固螺栓有无松动；检查密封有无泄漏迹象。

每月进行更全面的检查，包括联轴器对中复查、基础螺栓紧固情况检查、控制系统功能测试等。每季度清洗润滑油过滤器，检查滤芯压差；测试辅助油泵自动启动功能；校准所有监测仪表。这些定期维护能够及时发现潜在问题，避免小故障发展成大事故。

4.2 常见故障诊断与处理

振动超标是离心风机最常见故障，可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动等。诊断时需分析振动频谱，确定振动主要频率成分：1倍频（转速频率）突出通常表示不平衡或不对中；高频成分可能表示轴承故障；低频可能表示喘振或旋转失速。

轴承温度异常升高可能由润滑不良、轴承损坏、过载等原因引起。需检查润滑油粘度、清洁度、供油压力；检查轴承间隙是否合适；确认风机是否在超负荷运行。轴承温度应控制在70℃以下，短时最高不超过90℃。

气量或压力不足可能由过滤器堵塞、密封间隙过大、转速下降等原因造成。需检查进气过滤器压差，清洁或更换滤芯；检查迷宫密封和碳环密封间隙，必要时调整或更换；检查电机转速和变频器输出频率。

4.3 大修工艺与技术标准

离心鼓风机通常每运行2-3年或24000小时需要进行一次全面大修。大修内容包括：解体检查所有部件，测量磨损情况；更换所有密封件和轴承；检查叶轮腐蚀和磨损，必要时进行修复或更换；检查主轴直线度和表面状态；清洗所有油路和气路。

转子重新装配前，每个叶轮需单独进行静平衡，平衡精度达到ISO1940 G6.3级。整体转子进行高速动平衡，平衡转速不低于工作转速的80%，残余不平衡量符合G2.5级要求。轴承间隙需严格按照制造厂标准调整：径向轴承间隙一般为轴颈直径的0.1%-0.15%；推力轴承总间隙通常为0.25-0.35毫米。

装配完成后进行机械运转试验，先进行4小时空载运行，检查振动、温度、噪声等参数；然后逐步加载至额定工况，进行至少8小时连续运行试验。试验过程中，轴承部位振动速度有效值不应超过4.5毫米/秒，轴承温度稳定在50-70℃范围内，无异常噪声和泄漏。

五、工业气体输送的特殊考量

5.1 不同气体介质的适应性

D(Lu)系列风机设计时考虑了多种工业气体的输送需求，包括空气、工业烟气、二氧化碳、氮气、氧气、氦气、氖气、氩气、氢气以及混合无毒工业气体。不同气体物性差异显著，风机选型和设计需相应调整。

对于密度大于空气的气体（如二氧化碳、氧气），在相同压比下，风机所需功率增加，电机需有足够余量；对于密度远小于空气的气体（如氢气、氦气），压比相同时功率减小，但流量增大，需检查通流部件是否满足流量要求。氢气输送还需特别考虑防爆和密封要求，所有电气设备需符合防爆标准，密封系统需确保零泄漏。

氧气输送对清洁度和材料兼容性有严格要求。所有接触氧气的部件必须彻底脱脂，防止油污与高压氧气接触引发燃烧；材料选择避免使用易与氧反应的铜合金等。氧气风机通常配置氮气吹扫系统，在启停阶段用氮气置换机内氧气，防止油气与氧气混合。

5.2 腐蚀性气体处理

工业烟气中常含有二氧化硫、氮氧化物、氯化氢等腐蚀性成分，在潮湿环境下形成酸性物质，腐蚀风机部件。输送这类气体时，风机过流部件需采用耐腐蚀材料，如双相不锈钢、哈氏合金或表面喷涂防腐涂层。同时需控制气体温度在酸露点以上，防止酸性冷凝液形成。

对于含有固体颗粒的气体，需在风机进口前设置高效过滤器，防止颗粒磨损叶轮和密封。同时，叶轮设计采用耐磨设计，如增加叶片进口厚度、采用耐磨涂层等。定期检查叶轮磨损情况，及时修复或更换，防止因磨损导致的不平衡振动。

5.3 气体纯度保持措施

在稀土提纯等高纯度气体应用中，保持气体纯度至关重要。风机内部所有过流表面进行抛光处理，减少气体滞留和污染；采用全焊接结构，避免使用可能释放污染物的密封胶；选择与气体兼容的密封材料，如输送高纯氩气时，避免使用可能释放有机物的橡胶密封。

对于特别敏感的应用，可配置在线纯度分析仪，实时监测气体成分变化。同时建立严格的启停程序：启动前用高纯气体充分吹扫；停机后保持密封气供应，防止外部空气渗入。维护时使用专用工具和清洁材料，防止引入污染。

六、稀土提纯专用风机系列概述

6.1 各系列风机特点与应用场景

C(Lu)型系列多级离心鼓风机采用传统多级设计，结构可靠，维护方便，适用于压力要求中等、流量较大的稀土浮选和萃取工序。CF(Lu)和CJ(Lu)型系列是专用浮选离心鼓风机，针对浮选工艺的气量波动特点优化了性能曲线，在变工况下仍能保持稳定压力，特别适合浮选槽的鼓风需求。

AI(Lu)型系列单级悬臂加压风机结构紧凑，占地面积小，适用于空间受限的实验室或小型生产线。S(Lu)型系列单级高速双支撑加压风机转速高，单级压比大，适合中等压力要求的跳汰工序。AII(Lu)型系列单级双支撑加压风机综合了高可靠性和较好的压力性能，是许多稀土提纯厂的标准配置。

6.2 选型原则与系统集成

稀土提纯风机选型需综合考虑工艺要求、气体性质、安装环境和经济性。基本步骤包括：确定所需流量和压力范围，考虑工艺波动和未来发展余量；分析气体成分，确定材料兼容性和安全要求；评估安装环境，包括空间限制、气候条件、电源质量等；比较不同型号的初投资、运行成本和维护要求。

风机系统集成需考虑进气过滤、消音、压力调节、安全保护等辅助系统。进气过滤器需根据气体清洁度要求选择合适过滤精度；消音器需将噪声控制在85分贝以下，保护工作环境；压力调节系统需响应迅速，保持出口压力稳定；安全系统包括喘振保护、过载保护、温度保护等多重措施。

七、未来发展趋势与技术展望

随着稀土提纯工艺向精细化、自动化、绿色化方向发展，对离心鼓风机也提出了更高要求。未来趋势包括：更高效率设计，采用三维流动仿真和优化算法，提升风机效率3-5个百分点；智能监测与预测性维护，基于大数据和人工智能技术，提前识别潜在故障，减少非计划停机；材料创新，采用陶瓷涂层、复合材料等新型材料，提高耐磨耐腐蚀性能；模块化设计，缩短维护时间，降低维护成本。

针对重稀土镥提纯的特殊需求，未来可能发展出更加专用的风机技术，如全惰性气体环境风机、超高压微型风机、可在线清洗维护的风机等。这些技术进步将进一步提升稀土提纯的效率和质量，降低能耗和环境影响，支撑我国稀土产业的高质量发展。

结论

D(Lu)2518-1.67型高速高压多级离心鼓风机作为重稀土镥提纯的关键设备，其设计充分考虑了稀土提纯工艺的特殊要求，在结构设计、材料选择、密封技术等方面都体现了高度专业性。正确的选型、安装、操作和维护是确保风机长期稳定运行的基础，也是保障稀土提纯产品质量和生产效率的前提。随着技术的不断进步，稀土提纯专用风机将向着更高效率、更智能化和更环保的方向发展，为我国稀土产业的可持续发展提供有力支撑。