重稀土镥(Lu)提纯专用风机基础知识与技术详解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土镥提纯、离心鼓风机、D(Lu)601-1.50风机、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土矿提纯设备

第一章 重稀土镥提纯工艺与风机设备概述

重稀土元素镥(Lu)作为稀土家族中原子序数最大、密度最高的成员，在高端材料、核医学和特种合金领域具有不可替代的作用。其提纯过程对工艺设备提出了极为严苛的要求，尤其是气体输送与分离环节，需要专用风机设备提供稳定、精确的气流参数。

稀土矿提纯工艺通常包括破碎、选矿、浸出、萃取、分离、煅烧等多个环节，其中离心鼓风机在浮选、气力输送、气体保护和物料干燥等工序中扮演关键角色。针对镥元素提取的特殊性，风机需要满足以下基本条件：第一，能够提供稳定可控的气流压力和流量；第二，具备优良的耐腐蚀性能以应对酸性或碱性工艺气体；第三，密封性能卓越，防止贵重稀土粉尘逸散和外界杂质侵入；第四，运行可靠性高，减少非计划停机对连续生产的影响。

第二章 稀土提纯专用风机系列简介

根据重稀土提纯工艺的不同环节需求，发展出了多个专用风机系列：

“C(Lu)”型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联设计，适用于中等压力、大流量的工艺环节，如大型浮选池的曝气作业。其结构特点为每级叶轮逐级增压，总压比可达2.5-4.0，效率曲线平坦，适应负载波动能力强。

“CF(Lu)”型系列专用浮选离心鼓风机与“CJ(Lu)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门为浮选工序优化设计，注重气流的微气泡生成能力和分布均匀性。CF型侧重于常规浮选药剂环境，CJ型则针对特殊化学环境进行了材料升级，两者均可根据浮选槽深度和药剂特性调整出口压力。

“AI(Lu)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，采用单级叶轮与悬臂轴设计，适用于空间受限的加压点，如管道中途补压或局部气体循环。其优势在于安装灵活，维护简便，但流量范围相对较小。

“S(Lu)”型系列单级高速双支撑加压风机：采用高速直驱或齿轮增速设计，单级叶轮线速度可达200-300米/秒，适用于需要高压比、中等流量的场合。双支撑轴承结构确保了高转速下的转子稳定性。

“AII(Lu)”型系列单级双支撑加压风机：在AI型基础上增加了叶轮侧支撑轴承，提升了转子刚性，适用于较大直径叶轮和较重负载条件，兼顾了紧凑性与稳定性。

第三章 D(Lu)601-1.50高速高压多级离心鼓风机详解

3.1 型号解读与技术参数

重稀土镥(Lu)提纯专用风机D(Lu)601-1.50型号解析：字母“D”代表高速高压多级离心鼓风机系列；“Lu”表示专为重稀土镥提纯工艺优化设计；“601”表示额定工况下风机进口流量为每分钟601立方米；“-1.50”表示风机出口绝对压力为1.50个大气压（表压0.5公斤力/平方厘米）。该型号默认进口压力为1个大气压，若需非标进口压力，型号后会附加“/进口压力值”标识。

主要设计参数：

3.2 结构特点与工作原理

D(Lu)601-1.50风机采用多级离心压缩原理，气体沿轴向进入首级叶轮，在高速旋转的叶轮叶片作用下获得动能和压力能，随后进入扩压器将部分动能转化为静压。经过多级重复此过程，最终达到设计压力。其特殊设计包括：

级间冷却设计：针对镥提纯过程中可能涉及的温度敏感环节，部分型号配置了级间冷却器，控制气体温升，避免工艺气体温度过高影响提纯效果。

耐蚀材料选择：所有与气体接触的部件，包括机壳、叶轮、扩压器等，均采用双相不锈钢或哈氏合金材质，抵抗酸性或碱性气体的腐蚀。

精密平衡标准：转子组件动平衡等级达到G2.5级（ISO 1940标准），确保高速运转下的振动值低于2.8毫米/秒（RMS值），满足精密工艺环境的要求。

第四章 风机核心部件详解

4.1 风机主轴

D(Lu)601-1.50风机主轴采用42CrMoA合金钢整体锻造，调质处理后硬度达到HB240-280，具有优良的综合机械性能。主轴设计采用阶梯轴结构，各级叶轮安装位置经过精密加工，公差控制在IT6级。关键创新在于轴颈表面进行超音速火焰喷涂碳化钨涂层，厚度0.15-0.20毫米，硬度HRC65以上，极大提高了轴颈的耐磨性和抗咬合能力。主轴直线度要求全长不超过0.02毫米，确保高速旋转时的动态稳定性。

4.2 风机轴承与轴瓦系统

该风机采用滑动轴承系统，具体配置为：

轴瓦刮研技术要求接触角60°-90°，接触点密度每平方厘米不少于3点，确保油膜形成稳定。

4.3 风机转子总成

转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等组件。其中叶轮为闭式后弯型，材料为FV520B沉淀硬化不锈钢，五轴联动数控加工成型。每级叶轮均进行单独超速试验，试验转速为设计转速的115%，持续时间不少于2分钟。各级叶轮间设有级间迷宫密封，减少内泄漏损失。

平衡盘直径与末级叶轮匹配，平衡约70%-80%的轴向推力，剩余推力由推力轴承承担。转子总成装配后，进行低速和高速动平衡校正，剩余不平衡量小于1克·毫米/千克转子质量。

4.4 密封系统

气封：采用迷宫密封结构，密封齿片厚度0.2毫米，齿尖间隙0.25-0.35毫米（冷态），材料为铜合金或铝青铜，与转子发生轻微接触时具有自退让性，避免转子损伤。

油封：轴承箱油封采用双道组合密封:内侧为甩油环动力密封，外侧为骨架油封接触密封，确保润滑油无泄漏。

碳环密封：在部分高压段采用碳环密封作为辅助密封，碳环材料为浸渍呋喃树脂的纯石墨，具有自润滑性和良好的导热性。碳环分瓣设计，由弹簧提供径向压紧力，压力分布均匀系数不低于0.85。

4.5 轴承箱

轴承箱为铸铁HT250整体铸造，结构筋板经过有限元分析优化，保证在运行温度下的刚性变形不超过0.05毫米。箱体设计有观察窗、温度计接口、振动探头接口和回油视镜，便于状态监测。轴承座孔加工精度为IT7级，同轴度要求全长不超过0.03毫米。

第五章 工业气体输送的特殊考量

5.1 可输送气体类型及设计调整

重稀土镥(Lu)提纯专用风机D(Lu)601-1.50可适应多种工业气体输送，但需根据不同气体特性进行设计调整：

空气：标准设计介质，按标准空气密度1.2千克/立方米计算性能曲线。

工业烟气：需考虑烟尘含量和腐蚀性成分。设计调整包括：叶轮前缘加装耐磨涂层；机壳内壁增加防积灰导流结构；密封系统增强，防止烟气外泄。

二氧化碳(CO₂)：密度约为空气的1.5倍，需重新核算轴功率，通常需增加约20%的电机裕量。同时注意CO₂在高压下的相变可能，避免液化发生。

氮气(N₂)、氧气(O₂)：密度接近空气，性能参数相近。但对于氧气输送，需严格遵守禁油规定，所有密封材料改用氟橡胶或聚四氟乙烯，轴承箱采用特殊隔离设计。

稀有气体（氦He、氖Ne、氩Ar）：密度差异大（氦气仅为空气密度的14%），需重新设计叶轮和扩压器，调整转速以适应气体特性变化。密封要求极高，防止贵重气体泄漏。

氢气(H₂)：密度极小（空气的7%），泄漏倾向强。设计重点在于多重密封系统，通常采用“迷宫密封+干气密封”组合，壳体设计需考虑氢脆现象，材料选择低碳奥氏体不锈钢。

混合无毒工业气体：需提供完整的气体成分分析，特别是分子量、绝热指数、爆炸极限等关键参数，据此调整气动设计和安全防护。

5.2 气体特性对风机性能的影响

气体密度变化直接影响风机压头和轴功率，遵循以下关系：

绝热指数（比热比）影响压缩温升，公式为：排气温度等于进气温度乘以压力比的(绝热指数减1)除以绝热指数次方。对于稀有气体等单原子气体，绝热指数为1.67，压缩温升显著高于空气（绝热指数1.4），需加强冷却设计。

第六章 风机维护与修理规程

6.1 日常维护要点

振动监测：每日记录轴承座振动值，速度有效值不应超过4.5毫米/秒，峰值不应超过11.2毫米/秒。注意振动频谱变化，早期发现不平衡、不对中、轴承磨损等问题。

温度监测：轴承回油温度不应超过70℃，温升不应超过40℃。机壳温度定期检查，异常高温可能指示内部摩擦或冷却不足。

密封检查：定期检查各密封点泄漏情况，碳环密封允许有微量渗漏（每分钟不超过10个气泡），但不应有连续气流。

润滑油管理：每三个月取样分析润滑油，粘度变化不应超过新油的±15%，水分含量不超过0.05%，金属颗粒含量需跟踪趋势变化。

6.2 定期检修内容

小修（每运行4000-5000小时）：检查并紧固所有连接螺栓；清洁油过滤器，更换滤芯；检查联轴器对中情况，允许偏差：径向不超过0.05毫米，端面不超过0.03毫米/100毫米直径；检查碳环密封磨损情况，径向磨损量超过原始厚度1/3时应更换。

中修（每运行16000-20000小时）：包括小修全部内容；拆检轴承，测量轴瓦间隙和接触情况；检查迷宫密封间隙，超过设计值1.5倍需修复或更换；检查叶轮表面腐蚀和磨损情况，叶片厚度减薄超过原厚度20%需处理。

大修（每运行48000-60000小时）：完全解体检查；转子返厂进行动平衡校正；更换所有密封件和易损件；机壳进行无损探伤检查；电气系统全面检测。

6.3 常见故障处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承损坏、基础松动或喘振。处理步骤：首先检查基础和连接螺栓；然后检查对中情况；再进行在线动平衡或返厂平衡；检查轴承状态。

轴承温度高：可能原因包括润滑油问题（油质劣化、流量不足）、轴承负载过大或损坏、安装间隙不当。处理步骤：检查润滑油系统；测量轴承间隙；检查转子轴向位置，避免推力轴承过载。

性能下降：表现为在相同转速下压力或流量不足。可能原因包括密封磨损导致内泄漏增加、叶轮腐蚀或积垢、进口过滤器堵塞。处理步骤：检查各部位间隙；清洁叶轮和流道；检查进口状态。

喘振：当流量低于喘振流量时发生，表现为压力和流量剧烈波动，伴随异响。紧急处理：立即打开旁通阀或排气阀，增加系统流量；调整工况点远离喘振区；检查防喘振控制系统。

6.4 维修安全规范

维修前必须确认风机完全停止，电气系统隔离并挂牌上锁；处理工艺气体风机时，需先进行气体置换和浓度检测，确保可燃气体浓度低于爆炸下限的25%，氧气浓度在19.5%-23.5%之间；吊装重型部件时，使用经过检验的吊具，吊装路径下严禁站人；装配过程中，严禁使用不符合规格的替代紧固件，关键螺栓需按力矩要求分次对称紧固。

第七章 选型与应用注意事项

重稀土镥(Lu)提纯专用风机D(Lu)601-1.50选型时需提供完整工艺参数：

在镥提纯工艺中，风机通常与跳汰机、浮选柱、萃取塔等设备配套使用。与跳汰机配套时，需特别注意气流脉动对跳汰床层的影响，必要时在出口增加稳压罐。与浮选设备配套时，气体分散度是关键指标，可通过调整出口压力和增加微孔扩散器优化气泡尺寸分布。

系统设计需考虑：进口管道直径不小于风机进口直径，长度尽量缩短，避免急弯；出口管道需设置止回阀和切断阀；对于高压比应用，建议配置级间冷却和后冷却器；高价值气体输送系统，应设计气体回收装置，减少损失。

结语

重稀土镥提纯专用风机作为精密工艺装备，其设计、选型、运行和维护都需要专业知识和严谨态度。D(Lu)601-1.50风机通过专门的材料选择、结构设计和制造工艺，满足了镥提纯工艺的特殊要求。随着稀土提纯技术的不断进步，风机技术也将持续优化，在效率提升、智能控制、状态预测等方面进一步发展，为重稀土产业的高质量发展提供可靠装备支持。

正确理解风机工作原理，严格执行操作规程和维护保养制度，是确保风机长期稳定运行、保障提纯工艺连续高效的关键。风机技术人员应不断学习新知识、新技术，提高故障诊断和处理能力，为稀土提纯生产的稳定运行保驾护航。