重稀土钇(Y)提纯专用风机:D(Y)269-1.98多级离心鼓风机技术解析与维护实践

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重稀土钇(Y)提纯专用风机:D(Y)269-1.98多级离心鼓风机技术解析与维护实践

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土钇提纯、离心鼓风机、D(Y)269-1.98、风机维修、工业气体输送、轴瓦轴承、碳环密封、转子动平衡

一、稀土矿提纯工艺中离心鼓风机的核心作用

稀土元素作为现代工业的“维生素”，在新能源、航空航天、电子信息等领域具有不可替代的战略地位。其中，重稀土元素钇(Y)因其在高温超导、激光晶体、特种合金等方面的卓越性能，提取纯度要求极高，通常需要达到99.99%以上。在钇的湿法提取工艺中，离心鼓风机作为核心气体输送与加压设备，承担着氧化焙烧供氧、萃取分离气体保护、结晶干燥热风循环等关键环节的气体动力任务。

稀土提纯工艺对鼓风机提出了特殊要求：首先，工艺气体可能具有腐蚀性（如含氟烟气）、易燃性（如氢气保护气）或高纯度要求（如惰性气体）；其次，工艺压力需精确控制，波动范围需小于±0.5%；最后，设备必须连续稳定运行，避免因停机导致的整批物料报废。针对这些需求，我国风机行业开发了多个专用系列，其中“D(Y)”型系列高速高压多级离心鼓风机因其高压能力、稳定性能和良好的调节特性，成为重稀土钇提纯工艺的首选设备。

二、D(Y)269-1.98型重稀土钇提纯专用风机技术解析

2.1 型号命名规范与技术参数

根据行业标准，风机型号“D(Y)269-1.98”具有以下完整含义：

“D”：代表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，通过提高单机压比满足高压需求 “(Y)”：专用标识，表示该风机针对钇元素提纯工艺进行了特殊设计和材料选择 “269”：表示风机在标准进气状态（20℃，101.325kPa，相对湿度50%）下的额定流量为269立方米/分钟 “-1.98”：表示风机出口绝对压力为1.98个大气压（即表压约0.98kgf/cm²），若未标注进气压力则默认进口为1个大气压

主要技术特性：

流量范围：215-323 m³/min（调节范围±20%） 工作压力：出口绝对压力1.65-2.15 atm（可调） 额定功率：185-225 kW（取决于实际工况点）转速：9800-11200 rpm（高速设计确保小型化） 介质温度：-20℃至180℃（适应工艺变化） 气密等级：泄漏率小于0.5%（确保贵重气体不损失）

2.2 与相关风机系列的比较优势

在稀土提纯领域，多个风机系列各有侧重：

“C(Y)”型多级离心鼓风机：适用于中压场合（压比1.3-1.8），体积较小，常用于小型稀土分离线 “CF(Y)”/“CJ(Y)”浮选专用风机：针对浮选工艺气泡发生需求，强调流量稳定性和微气泡发生能力 “AI(Y)”单级悬臂加压风机：结构简单，维护方便，适用于低压辅助工序 “S(Y)”单级高速双支撑风机：转速更高（可达15000rpm），适合小流量高压场合 “AII(Y)”单级双支撑加压风机：介于AI与S型之间，兼顾稳定性和效率

D(Y)269-1.98的核心优势在于：

高压比设计：通过4-6级叶轮串联，单机压比可达2.2，满足钇提纯中氧化焙烧的高氧压需求 高效区间宽：在70%-110%额定流量范围内，效率保持82%以上，适应工艺波动 材料特殊性：过流部件采用双相不锈钢或哈氏合金，抵抗氟化物腐蚀 密封强化：多重密封组合，确保贵重气体“零泄漏”

2.3 核心部件设计与选材

2.3.1 风机主轴系统

主轴采用42CrMoA合金钢，调质处理后硬度达HB260-290，再经高频淬火使轴颈表面硬度提升至HRC48-52。独特的三点支撑设计（两个径向轴承+一个推力轴承）确保高速运转稳定性。主轴动平衡精度要求G1.0级，残余不平衡量小于1.5g·mm/kg。

2.3.2 风机轴承与轴瓦

D(Y)系列采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，原因在于：

高转速适应性：滑动轴承油膜阻尼可有效抑制高速下的振动 长寿命：正常维护下，巴氏合金轴瓦使用寿命可达40000小时 可修复性：磨损后可通过刮研修复，降低维护成本

轴瓦材料为ZChSnSb11-6巴氏合金，厚度3-5mm，与主轴间隙控制在轴径的0.12%-0.15%。润滑采用强制循环油系统，油压0.15-0.25MPa，进油温度35-45℃，温差控制小于2℃。

2.3.3 风机转子总成

转子由主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等组成。叶轮采用后弯式三元流设计，材料根据输送介质选择：

输送空气/氮气/氩气：FV520B不锈钢输送含氟烟气：哈氏合金C-276 输送氧气：316L不锈钢并做脱脂处理

每个叶轮均单独做动平衡，整机转子组装后做高速动平衡（在110%工作转速下），振动速度值小于2.8mm/s。

2.3.4 密封系统

针对稀土提纯贵重气体，采用三级密封：

第一级：迷宫密封：降低气体泄漏速度，材料为铝青铜，与轴间隙0.20-0.35mm 第二级：碳环密封：主密封，由6-8个碳环串联，每个碳环内径比轴径小0.5-1.0mm，依靠弹簧预紧力实现径向密封 第三级：充气密封：向密封间充入惰性气体（通常为氮气），压力比介质压力高0.05-0.1MPa，形成气幕阻隔

此外，轴承箱采用骨架油封+迷宫组合，确保润滑油不泄漏、杂质不进入。

2.3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱为整体铸铁结构，内置油槽和冷却水道。润滑系统包括主油泵（由主轴驱动）、辅助油泵（电机驱动）、双联过滤器、油冷却器和蓄能器。油压保护设定为：报警值0.12MPa，停机值0.08MPa。

三、D(Y)269-1.98在重稀土钇提纯中的工艺适配

3.1 不同工艺环节的风机配置

在钇的完整提纯流程中，D(Y)269-1.98主要应用于以下环节：

3.1.1 氧化焙烧供氧
稀土精矿在氧化焙烧中需精确控制氧分压，风机提供1.6-1.9atm的富氧空气（氧浓度23-28%）。此时风机需注意：

叶轮材料必须防氧化，采用表面渗氮处理密封系统需强化，防止润滑油蒸气进入工艺气体流量调节采用进口导叶+出口放空联合控制，响应时间小于10秒

3.1.2 萃取分离气体保护
在溶剂萃取槽中，需通入氮气或氩气隔绝氧气，防止有机相氧化。风机输送惰性气体时：

启动前必须用惰性气体置换机内空气，氧含量低于50ppm 采用干气密封或增加吹扫气，防止润滑油污染气体压力控制精度需达到±0.02atm

3.1.3 结晶干燥热风循环
高纯钇盐结晶后，需用干燥热风（通常为除湿空气或氮气）除去表面水分。此时风机：

需耐受120-150℃的进气温度热膨胀计算必须准确，确保叶轮与机壳间隙在热态下仍保持0.5-0.8mm 轴承箱冷却水流量需增加30-50%

3.2 输送不同工业气体的调整要点

D(Y)269-1.98可适应多种工艺气体，但需相应调整：

3.2.1 输送二氧化碳(CO₂)
用于沉淀工序的pH调节：

压缩机比需降低10-15%，因CO₂分子量大于空气密封气体改用CO₂本身，避免稀释注意低温下的干冰形成，进气温度需保持＞10℃

3.2.2 输送氢气(H₂)
用于还原工序：

必须采用防爆电机和电器，防爆等级Ex dⅡCT4 密封系统升级为双端面干气密封转速降低5-8%，防止氢脆导致的叶轮失效

3.2.3 输送氧气(O₂)
用于氧化工序：

所有与氧气接触的零件必须严格脱脂轴承箱需增加隔离气，防止油蒸气窜入材料选择避免铜及铜合金（避免氧化催化）

3.2.4 输送氦气(He)/氖气(Ne)
用于检漏或保护：

因气体密度低，需重新计算喘振曲线，防喘裕量增加15% 密封间隙适当减小至标准值的80% 考虑氦气的强渗透性，密封碳环需特殊处理

3.3 与提纯设备的联动控制

D(Y)269-1.98通常与以下设备联动：

跳汰机：根据跳汰频率（通常0.5-1.2Hz）调节风机流量，实现床层松散度控制 萃取槽：根据槽内液位控制风机压力，保持气体覆盖稳定 焙烧炉：根据炉内氧浓度传感器反馈，调节风机进口氧浓度和流量

控制系统采用PID+前馈复合控制，压力控制精度±0.5%，流量控制精度±1.5%。

四、风机关键配件选型与更换规范

4.1 易损件清单与更换周期

配件名称	材料规格	正常寿命	更换标准
碳环密封	浸锑石墨	12000-15000小时	磨损厚度＞2mm或泄漏量增加50%
轴瓦	ZChSnSb11-6	30000-40000小时	巴氏合金层磨损＞1mm或温度异常升高
润滑油	ISO VG46透平油	8000小时或1年	水分＞500ppm或酸值＞0.3mgKOH/g
过滤器滤芯	玻纤滤纸	4000小时	压差＞0.05MPa
联轴器膜片	304不锈钢	20000小时	出现裂纹或永久变形

4.2 核心配件选型要点

4.2.1 碳环密封选型

标准工况：选用浸锑石墨，温度适应-50℃至250℃ 含氟环境：选用浸渍呋喃树脂石墨，抗氢氟酸腐蚀高温环境（＞180℃）：选用抗氧化石墨，添加二硫化钼安装注意：碳环必须自由浮动，弹簧预紧力为0.15-0.25N/mm

4.2.2 轴瓦修复技术
轴瓦磨损后可采用现场修复：

测量磨损量，确定刮研方案使用三角刮刀，刮研角度25-35° 接触点要求：每25×25mm²面积内8-12点顶部间隙保持轴径的0.12-0.15%，侧隙为顶隙的50-70% 修复后需重新建立油膜，低速跑合24小时

4.2.3 叶轮更换标准
当出现以下情况时必须更换叶轮：

叶片出现裂纹（无论长度）轮盘或轮盖腐蚀减薄超过原厚度30% 叶轮静不平衡量超过许用值的150% 效率下降超过设计值的8%

五、风机常见故障诊断与维修实践

5.1 振动异常分析与处理

案例：D(Y)269-1.98运行中振动从2.5mm/s突增至5.8mm/s

诊断步骤：

频谱分析：发现1倍频振幅占主导（占比＞70%），表明不平衡相位分析：两个径向轴承相位差接近180°，说明力不平衡停机检查：发现二级叶轮有结垢（稀土粉尘附着），质量差约85g

处理方案：

化学清洗：使用5%柠檬酸溶液循环清洗4小时动平衡校正：现场动平衡，去重18g（在轮盖非工作面）预防措施：增加前置过滤器，过滤精度从10μm提高至5μm

振动故障对照表：

1倍频高：不平衡 → 检查叶轮结垢、磨损不均 2倍频高：不对中 → 重新激光对中，要求轴向偏差＜0.02mm，角度偏差＜0.01° 0.5倍频高：油膜涡动 → 提高油温至42℃，增加油粘度 高频成分（＞5倍频）：轴承损伤 → 检查轴瓦巴氏合金层

5.2 温度异常处理

轴承温度高（＞75℃）可能原因：

润滑油问题：粘度不合适、油量不足、油质劣化轴承间隙问题：间隙过小导致油膜不足，间隙过大导致油膜不稳负荷问题：风机运行点偏离设计点，径向力增大冷却问题：冷却水流量不足、水温过高或冷却器结垢

处理流程：

立即检查油压、油温和油质检查冷却水系统（进出口温差正常为5-8℃）测量轴承间隙（使用压铅法）检查风机运行点，调整进口导叶

5.3 性能下降诊断

现象：风机出口压力无法达到1.98atm，最高仅1.82atm

可能原因及验证方法：

5.3.1 内部泄漏增加

验证：测量级间压力分布，与设计曲线对比处理：更换碳环密封，调整迷宫密封间隙

5.3.2 叶轮效率下降

验证：测量进出口温度，计算绝热效率处理：清洗叶轮流道，严重时更换叶轮

5.3.3 进气条件变化

验证：测量进气温度、压力和湿度处理：调整进气过滤器，增加除湿装置

5.3.4 喘振预防
D(Y)269-1.98的喘振线方程为：流量系数φ与压力系数ψ的关系曲线。实际运行中必须保持：

工作点距离喘振线至少15%的流量裕度设置防喘振控制器，当接近喘振线时自动打开放空阀定期校验防喘振曲线，考虑气体成分变化的影响

5.4 大修周期与内容

大修周期：24000小时或4年（以先到为准）

大修核心内容：

5.4.1 解体检查

测量所有配合间隙并记录着色探伤检查叶轮、主轴超声波测厚检查机壳、管道腐蚀情况

5.4.2 转子检修

主轴直线度检查（要求＜0.015mm）叶轮轮盘跳动检查（要求＜0.05mm）重新做高速动平衡（平衡精度G1.0）

5.4.3 密封系统更新

更换所有碳环密封修复或更换迷宫密封齿校验密封气系统压力调节阀

5.4.4 轴承系统检修

轴瓦刮研或更换检查轴承箱冷却水通道清理润滑系统，更换滤芯和润滑油

5.4.5 对中复位

采用激光对中仪，要求径向偏差＜0.03mm 考虑热膨胀的影响，热态对中数据需计算预偏

六、安全运行与节能优化

6.1 安全运行规范

针对稀土提纯的特殊要求：

气体兼容性检查：更换输送气体前，必须确认所有材料与该气体兼容 惰性气体置换：输送易燃或高纯度气体前，需用氮气置换3次以上，氧含量＜100ppm 静电防护：输送粉尘气体时，风机必须接地，电阻＜4Ω 紧急切断：设置气体泄漏检测，浓度超标时30秒内自动停机

运行监测参数及报警值：

振动速度：正常＜4.5mm/s，报警值5.6mm/s，停机值7.1mm/s 轴承温度：正常＜70℃，报警值75℃，停机值80℃ 润滑油压力：正常0.15-0.25MPa，报警值0.12MPa，停机值0.08MPa 密封气差压：正常0.05-0.10MPa，报警值0.03MPa

6.2 节能优化措施

基于钇提纯工艺的节能策略：

6.2.1 变工况调节优化

采用变频器+进口导叶联合调节，比单纯出口节流节能15-25% 根据生产负荷自动切换运行台数，避免“大马拉小车” 夜间低负荷时段，压力设定值降低0.1-0.2atm

6.2.2 热回收利用

对于运行温度＞100℃的风机，可加装空气预热器回收热量用于工艺加热或厂房采暖，综合节能8-12%

6.2.3 系统优化

定期清理进气管路和过滤器，压降控制在＜500Pa 优化管网布局，减少弯头和变径数量采用智能控制系统，根据工艺需求精确匹配风量风压

6.2.4 维护节能

定期清洗叶轮，效率下降2%即安排清洗及时更换密封件，减少内泄漏损失保持润滑系统最佳状态，降低机械损失

七、结论与展望

D(Y)269-1.98型高速高压多级离心鼓风机作为重稀土钇提纯工艺的核心动力设备，其高性能、高可靠性和良好的工艺适应性，为高纯度钇的生产提供了有力保障。通过深入理解风机结构特点、掌握关键配件更换技术、建立科学的故障诊断体系，可以大幅提升设备运行效率和寿命。

未来发展趋势包括：

智能化升级：植入振动、温度、压力等多参数传感器，实现状态预测性维护 新材料应用：碳纤维复合材料叶轮、陶瓷轴承等新材料的应用将进一步提高效率和寿命 系统集成优化：风机与提纯工艺的深度融合控制，实现按需供气、节能最大化 标准化建设：建立稀土行业专用风机选型、运行和维护标准体系

对于风机技术人员而言，除了掌握设备本身的维护技能外，还需要深入了解稀土提纯工艺，才能更好地实现设备与工艺的优化匹配，为我国的稀土战略资源开发贡献力量。

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