单质钙(Ca)提纯专用风机技术解析与应用指南:以D(Ca)1754-1.63型高速高压多级离心鼓风机为例

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：单质钙提纯专用风机、D(Ca)1754-1.63型离心鼓风机、风机结构解析、风机维修技术、工业气体输送、钙金属提纯工艺、离心鼓风机配件

一、金属单质提纯离心鼓风机技术基础概述

金属单质提纯是现代冶金工业中的关键技术环节，尤其对于化学性质活泼的碱土金属钙而言，其提纯过程对设备提出了极为严苛的要求。离心鼓风机作为提纯工艺中的核心气体输送设备，不仅需要提供稳定可靠的气流动力，还必须适应特殊工况下的安全性和密封性要求。

离心鼓风机在钙金属提纯工艺中主要承担以下关键功能：首先，为真空或保护性气氛环境提供气体循环动力，创造惰性气体保护条件，防止钙在高温下与氧气、氮气等发生反应；其次，输送特定工艺气体，如氩气、氦气等惰性气体，用于携带杂质或维持工艺气氛；再次，为冷却系统提供强制气流，控制反应温度；最后，处理可能产生的工业烟气，保持生产环境清洁安全。

针对钙金属提纯的特殊要求，行业内开发了多个专用风机系列，包括：“C(Ca)”型系列多级离心鼓风机，适用于中等压力要求的钙提纯工艺；“CF(Ca)”型系列专用浮选离心鼓风机，专为钙矿浮选分离工序设计；“CJ(Ca)”型系列专用浮选离心鼓风机，强调节能与高效特性；“D(Ca)”型系列高速高压多级离心鼓风机，满足高压高纯度要求；“AI(Ca)”型系列单级悬臂加压风机，结构紧凑，维护简便；“S(Ca)”型系列单级高速双支撑加压风机，稳定性优异；“AII(Ca)”型系列单级双支撑加压风机，兼顾性能与经济性。这些风机均可根据工艺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。

二、D(Ca)1754-1.63型单质钙提纯专用风机详解

2.1 型号规格解析与性能参数

D(Ca)1754-1.63型高速高压多级离心鼓风机的型号编码具有明确的专业含义：“D”代表该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机，这一系列专为要求高出口压力和稳定流量的工业应用而设计；“Ca”表示该风机经过特殊设计和材料选择，专门适配钙金属提纯工艺的环境和要求；“1754”是风机的专用编码，包含叶轮尺寸、级数设计和转速范围等具体技术特征；“-1.63”明确指示风机出风口压力为1.63个大气压（表压约0.063MPa），这一压力值是根据钙提纯工艺中气体循环系统的阻力特性精确计算确定的。需要特别说明的是，按照行业标准表示方法，若型号中仅标注出风口压力而未标注进风口压力，则默认进风口压力为1个大气压（绝对压力）。

该型号风机针对钙提纯工艺的特殊需求，在多个方面进行了专门优化：首先，所有与气体接触的部件均采用特殊不锈钢或镍基合金材料，有效抵抗钙蒸气在高温下的侵蚀；其次，密封系统采用多重防护设计，确保高活性钙环境下的绝对密封；再次，冷却系统经过强化，适应钙提纯工艺中可能出现的瞬时高温工况；最后，整机振动控制达到G2.5级以下，确保在精密提纯工艺中的稳定运行。

性能参数方面，D(Ca)1754-1.63型风机额定流量范围为1200-1800m³/h（标准状态），可根据实际工艺需求在出厂前进行微调；额定转速为14500r/min，采用变频调速控制，调速范围可达额定转速的60%-105%；轴功率设计值为85kW，配备95kW防爆电机，留有足够的安全裕度；整机效率在额定工况下不低于82%，高效运行区间宽广；噪声控制方面，距离风机1米处声压级不超过85dB(A)，满足工业场所环保要求。

2.2 结构与工作原理深度剖析

D(Ca)1754-1.63型风机采用多级离心式结构，由进口段、多级叶轮组、扩压器组、蜗壳、出口段及辅助系统组成完整的气动通道。工作原理基于叶轮高速旋转产生的离心力作用：工艺气体沿轴向进入首级叶轮，在高速旋转的叶轮中获得动能和压力能，随后进入扩压器将部分动能转化为压力能；气体依次通过多级叶轮和扩压器，逐级提高压力，最终达到设计出口压力后从蜗壳汇集排出。

该风机的核心特点是其多级设计理念，通过多级压缩实现高压比的同时，每级压比相对较低，这不仅提高了整机效率，还降低了每级叶轮的载荷，延长了关键部件寿命。针对钙提纯工艺中可能存在的微量粉尘或金属蒸气，叶轮设计采用了前弯与后弯组合的复合叶片，在保证效率的同时增强了自清洁能力，减少附着物积累。

气动设计方面，D(Ca)1754-1.63采用了先进的三元流动理论进行叶轮和扩压器的设计，通过控制相对速度马赫数和绝对速度马赫数的合理分布，优化了级间匹配，减少了二次流动损失和端部损失。扩压器采用无叶与有叶组合设计，前半段为无叶扩压区，降低对来流方向敏感性，后半段采用高效机翼型叶片，提高静压恢复系数。

三、关键配件系统技术解析

3.1 核心转动部件

风机主轴是D(Ca)1754-1.63型风机的核心承载件，采用42CrMoA高强度合金钢整体锻制，调质处理后硬度达到HB260-290，表面进行高频淬火处理，硬度达HRC52-56，深度2-3mm。主轴设计充分考虑高速旋转下的动力学特性，临界转速远高于工作转速（安全系数≥1.4），避免共振发生。轴上各级叶轮安装位置采用过盈配合与键连接双重固定，轴向定位通过精密加工的台阶面保证，公差控制在±0.01mm以内。

风机转子总成包括主轴、各级叶轮、平衡盘、推力盘及联轴器半体等组件。叶轮采用FV520B马氏体沉淀硬化不锈钢五轴联动加工而成，经过动平衡校正，单级叶轮残余不平衡量小于1g·mm/kg，整体转子在高速动平衡机上校正至G1.0级精度。特别值得注意的是，针对钙提纯环境，叶轮表面进行特殊涂层处理，涂层材料为耐钙侵蚀的陶瓷金属复合材料，厚度0.1-0.15mm，有效延长叶轮使用寿命。

风机轴承与轴瓦系统采用可倾瓦滑动轴承设计，每副轴承由5块独立瓦块组成，瓦块背部为球面支撑，可随转速和载荷变化自适应调整形成最佳油楔。轴瓦材料为巴氏合金ZChSnSb11-6，厚度3mm，浇铸在钢背上，工作表面开设周向和轴向油槽，确保润滑充分。轴承间隙经过精密计算，径向间隙控制在轴颈直径的1.2‰-1.5‰之间，既保证足够油膜厚度，又限制转子振幅。

3.2 密封系统

气封系统是防止工艺气体泄漏的关键，D(Ca)1754-1.63型风机采用迷宫密封与碳环密封组合设计。迷宫密封作为主密封，安装在叶轮进口侧和级间，采用不锈钢蜂窝结构，间隙控制在0.3-0.5mm，通过多级曲折通道增加泄漏阻力。碳环密封作为辅助密封，安装在轴端，由多个浸渍呋喃树脂的碳环组成，具有良好的自润滑性和追随性，即使在微小偏心情况下也能保持良好密封效果。

碳环密封特别适用于钙提纯环境，因为碳材料对大多数化学物质呈惰性，且摩擦系数低，允许在无液体润滑条件下工作。每道碳环密封由3-5个碳环串联组成，环内径与轴间隙为0.05-0.08mm，采用弹簧加载保持恒定接触压力。碳环座采用不锈钢制造，设有冷却腔，通入常温氮气或氩气进行冷却和吹扫，防止钙蒸气渗入密封面。

油封系统主要用于轴承箱的密封，防止润滑油泄漏和外部杂质进入。采用骨架油封与迷宫密封组合，骨架油封材料为氟橡胶，耐温-20℃至200℃，唇口设计有双螺旋回油线，可将泄漏油导回箱内。迷宫密封部分设有集油腔和回油孔，确保任何微量泄漏都能有效回收。

3.3 轴承箱与润滑系统

轴承箱为整体铸造结构，材料为HT250灰铸铁，经过时效处理消除内应力。箱体设计充分考虑刚度和散热需求，壁厚均匀过渡避免应力集中。轴承座孔加工精度极高，同轴度不超过0.02mm，表面粗糙度Ra0.8，确保轴承精确对中。箱体上下剖分面采用精密平面磨床加工，平面度0.01mm/100mm，涂敷密封胶后螺栓紧固，确保绝对密封。

润滑系统采用强制循环油润滑，由油箱、油泵、冷却器、过滤器和监测仪表组成完整回路。润滑油选用ISO VG32透平油，每升油中添加剂含量精确控制，确保良好的抗氧化性和抗泡沫性。油泵为齿轮泵，流量100L/min，压力0.4MPa，一用一备配置。油冷却器为板式换热器，冷却面积12m²，可将油温控制在40±5℃。过滤器精度10μm，压差报警值0.15MPa。润滑系统配备温度、压力、流量多点监测，任何异常都会触发报警或停机保护。

四、工业气体输送特性与风机适配

4.1 不同气体介质对风机性能的影响

离心鼓风机输送不同工业气体时，性能参数会发生显著变化，主要受气体密度、比热比、压缩性和化学性质影响。对于D(Ca)1754-1.63型风机，在设计阶段已充分考虑钙提纯工艺可能使用的各种气体特性，并通过可调部件适应不同工况。

气体密度影响最为直接，根据离心鼓风机基本方程，风机的压比与气体密度无关，但压升（压力差）与密度成正比。例如，输送密度为1.25kg/m³的二氧化碳时，相同转速下产生的压升是输送密度为0.0899kg/m³的氢气的13.9倍。因此，当D(Ca)1754-1.63型风机从输送氩气（密度1.784kg/m³）切换为输送氢气时，必须大幅降低转速或减少级数，否则将严重超载。

比热比影响气体的温升特性，根据绝热压缩温升公式，温升与比热比成反比。氦气比热比最大（1.66），相同压比下温升最小；二氧化碳比热比最小（1.28），温升最大。钙提纯工艺中温度控制至关重要，因此选择工艺气体时必须考虑这一特性，必要时需增加级间冷却。

压缩性影响在高压力比时尤为显著，当压力比超过1.2时，气体可压缩性效应明显，风机性能曲线发生偏移。D(Ca)1754-1.63型风机的设计压力比为1.63，已充分考虑压缩性修正，叶型设计和级间匹配均基于实际气体性质计算。

化学性质影响材料选择和密封设计，钙提纯工艺中可能接触的氢气具有渗透性强的特点，氦气分子尺寸小易泄漏，氧气具有助燃性，这些都需要针对性的防护措施。D(Ca)1754-1.63型风机针对每种可能输送的气体都有特定的材料配伍表和密封方案，确保安全运行。

4.2 气体切换操作规范

在钙提纯不同阶段可能需要切换输送气体，D(Ca)1754-1.63型风机为此设计了标准操作程序：

首先，必须进行彻底的吹扫置换，用惰性气体（通常为氮气或氩气）冲洗整个系统，确保无残留活性气体。吹扫流量为额定流量的30%，时间不少于系统容积置换5次所需时间。吹扫过程中监测出口气体成分，氧气含量低于0.5%VOL，可燃气体浓度低于爆炸下限10%方可进入下一步。

其次，根据新气体的特性调整风机运行参数。密度差异大的气体切换必须重新计算工作点，通过变频器调整转速，确保电机不超载、风机不喘振。同时检查密封系统是否适应新气体，特别是输送氢气时需确认碳环密封的紧密度和吹扫气压力。

再次，监控运行参数变化，重点关注振动、温度、流量和压力的变化趋势。气体切换后通常需要1-2小时的稳定期，期间参数波动在±5%内属正常，超过此范围需停机检查。

最后，记录完整的切换过程和运行数据，建立风机运行档案，为后续维护和故障分析提供依据。

五、风机维护维修技术体系

5.1 日常维护要点

D(Ca)1754-1.63型风机的日常维护以预防为主，通过定期检查、监测和保养，及时发现并消除潜在故障隐患。

振动监测是日常维护的核心，每天记录轴承座水平和垂直方向振动值，正常运行时振动速度有效值应小于2.8mm/s，位移峰值应小于35μm。振动频谱分析每周进行一次，关注工频、倍频及高频成分变化，早期发现不平衡、不对中、松动或摩擦故障。

温度监测包括轴承温度、润滑油温度、电机绕组温度和机壳温度。轴承温度正常范围40-65℃，报警值75℃，停机值85℃。润滑油进油温度35-45℃，回油温度不超过65℃。温度异常升高往往是故障前兆，需立即排查原因。

润滑系统维护包括每日检查油位、油温和油压，每周检查油品颜色和清洁度，每三个月取样进行油质分析，检测粘度、水分、酸值和磨损金属含量。润滑油更换周期为8000运行小时或一年，以先到为准。

密封系统检查重点关注气体泄漏率和吹扫气压力。碳环密封允许轻微泄漏，正常泄漏率应小于0.5m³/h，超过此值需调整弹簧压力或更换碳环。迷宫密封通过监测级间压力判断状态，异常压力变化可能预示密封磨损。

5.2 定期大修规程

D(Ca)1754-1.63型风机建议每运行24000小时或三年进行一次全面大修，大修内容包括拆卸检查、测量修复、更换磨损件和重新组装调试。

拆卸阶段必须严格按照顺序进行，先拆除进出口管路和辅助系统，再松开轴承箱连接，最后吊出转子组件。所有部件做好标记，分类存放，精密部件用专用器具保管。

检查测量是关键环节，主轴需进行超声波探伤和磁粉探伤，检查有无裂纹缺陷；测量轴颈圆柱度和直线度，公差不超过0.01mm；叶轮检查叶片磨损、裂纹和腐蚀情况，厚度减少超过原厚度10%需更换；测量密封间隙，迷宫密封半径间隙超过0.8mm需修复或更换；检查轴承巴氏合金层有无脱落、裂纹和磨损，测量轴承间隙和瓦块厚度。

修复工艺根据磨损情况选择，轴颈轻微磨损可采用刷镀修复，磨损超过0.1mm需喷涂或堆焊后重新加工；机壳密封面划痕深度小于0.5mm可现场刮研修复，超过则需上机床加工；叶轮平衡修复必须在高速动平衡机上进行，先单级平衡再整体平衡，残余不平衡量达到G1.0级标准。

重新组装过程与拆卸相反，但需特别注意对中精度。轴承箱与机壳对中偏差不超过0.03mm，电机与风机对中偏差不超过0.05mm。螺栓紧固使用扭矩扳手，按对称顺序分三次拧紧至规定扭矩。转子轴向定位确保叶轮与扩压器对中，偏差不超过0.15mm。

5.3 常见故障诊断与处理

振动异常是D(Ca)1754-1.63型风机最常见的故障现象。工频振动增大通常表示转子不平衡，原因可能是叶轮积垢或磨损，处理方法是清洁或修复叶轮后重新平衡。二倍频振动突出表示不对中，检查并调整联轴器对中。高频振动伴随异响可能发生摩擦，检查密封间隙和轴承状态。

性能下降表现为流量或压力达不到设计值。首先检查滤网和管路是否堵塞，然后测量转速是否正常，最后检查密封间隙是否过大导致内泄漏增加。叶轮磨损会使性能曲线下移，严重时需更换叶轮。

轴承温度高可能原因包括润滑油不足或变质、冷却不良、载荷过大或轴承损坏。逐步排查：检查油位和油质，清洗冷却器，检查对中和平衡状态，最后检查轴承磨损情况。

密封泄漏分为内泄漏和外泄漏。内泄漏影响性能，外泄漏造成介质损失和安全隐患。碳环密封泄漏增大时先调整弹簧压力，无效则更换碳环。迷宫密封泄漏只能通过更换或修复解决。

六、钙提纯工艺中的风机应用优化

6.1 工艺匹配与调节

D(Ca)1754-1.63型风机在钙提纯工艺中的实际应用需要与具体工艺条件精确匹配。钙蒸馏提纯通常需要高真空环境，风机作为前级泵或维持泵使用，此时风机运行在低流量高压比工况，需特别注意喘振防护。通过设置防喘振循环管路和自动控制阀，确保风机始终工作在稳定区。

钙电解提纯中，风机用于输送保护性气氛，防止熔融钙与空气接触。此时需要稳定的小流量供应，风机采用变频控制，转速可调范围宽广，配合流量计和氧分析仪组成闭环控制系统，实时调节气体流量保持工艺气氛稳定。

钙区域熔炼提纯要求极高纯度环境，风机所有接触气体的部件必须经过特殊处理，防止杂质引入。运行中定期进行气体纯度检测，一旦发现污染迹象立即停机处理。风机内部设置多级过滤，过滤精度达0.01μm，确保无固体颗粒带入工艺系统。

6.2 节能优化措施

针对钙提纯工艺中风机长期运行的特点，D(Ca)1754-1.63型设计时已考虑多项节能措施，实际运行中还可进一步优化：

变频调速是最有效的节能手段，根据工艺需求实时调整转速，避免节流损失。经验表明，流量减少20%时，变频调节比节流调节节能35%以上。风机配备智能控制系统，可根据工艺参数自动优化运行转速。

高效叶型设计采用后弯叶片与机翼型扩压器组合，峰值效率达87%，高效区宽广（效率不低于80%的流量范围达额定流量的60%-120%），适应工艺波动。

减少内部损失通过精密加工和装配减小流动损失，叶轮表面粗糙度Ra0.8，流道过渡圆滑，级间密封间隙严格控制。定期维护保持风机高效状态，密封间隙增大30%会使效率下降2-3个百分点。

热回收利用对于出口温度较高的工况（如输送二氧化碳），可加装余热回收装置，预热进入气体或用于其他工艺环节，综合节能5-8%。

七、安全规范与操作注意事项

7.1 安全运行基本要求

D(Ca)1754-1.63型风机输送的气体大多具有危险性，安全运行是首要原则。操作人员必须经过专业培训，了解风机结构、性能和安全规程，持证上岗。工作区域设置明显安全标志，配备足够消防设施和气体检测报警装置。

防爆要求：输送可燃气体（如氢气）或助燃气体（如氧气）时，风机和电机必须符合相应防爆等级，通常要求隔爆型Ex d IIB T4以上。所有电气设备接地可靠，防止静电积累。操作工具使用防爆型，人员穿防静电工作服。

泄漏防护：定期检查所有连接部位和密封点，使用便携式气体检测仪巡检，发现泄漏立即处理。安装固定式气体浓度监测，报警浓度设定为爆炸下限的20%。设置紧急切断系统，泄漏超标时自动停机并启动通风。

压力防护：风机壳体设计压力为工作压力的1.5倍，并定期进行水压试验。安全阀每年校验一次，起跳压力为工作压力的1.1倍。压力表精度不低于1.0级，量程为工作压力的1.5-2倍。

7.2 启停操作规程

启动前检查包括：确认所有连接螺栓紧固；手动盘车转子转动灵活无卡涩；油位在视窗1/2-2/3处；冷却水畅通；仪表指示正常；防护装置完好；工艺系统准备就绪。输送可燃或有毒气体时，先进行系统置换，检测合格后方可启动。

启动步骤：先启动辅助系统（油泵、冷却水），确认压力温度正常；点动电机检查旋转方向；逐渐升速至最低连续转速，稳定5分钟；缓慢升速至工作转速，同时监控振动、温度、压力参数；达到工作转速后全面检查，一切正常方可投入工艺系统。

正常运行监控：每小时记录一次运行参数；注意监听运转声音；观察油位和油温；检查有无泄漏；监控工艺参数与风机参数匹配情况。发现异常先减负荷，查找原因，必要时停机处理。

正常停机：逐渐降低负荷至最小；切断工艺系统；缓慢降速至最低连续转速运行5分钟；停止主电机；辅助系统继续运行至轴承温度低于45℃后停止；关闭冷却水；盘车180°使转子均匀冷却。

紧急停机：发生下列情况立即紧急停机：机组发生剧烈振动或撞击声；轴承温度急剧上升超过85℃；油压下降至最低允许值以下；机体破裂严重泄漏；电机冒烟或火花；工艺系统发生事故。紧急停机后立即报告，查明原因彻底处理后方可重新启动。

结语

D(Ca)1754-1.63型高速高压多级离心鼓风机作为单质钙提纯工艺的专用设备，其设计理念、制造精度和运行要求都体现了现代工业装备的高技术水平。从核心转动部件到精密密封系统，从材料选择到气体适配，每一个细节都影响着钙提纯的效率和质量。通过深入了解风机结构原理，严格执行维护规程，不断优化运行参数，才能充分发挥设备性能，确保钙提纯工艺安全、高效、经济运行。随着材料科学和制造技术的进步，未来钙提纯专用风机将向更高效率、更高可靠性、更智能控制的方向发展，为高纯金属材料制备提供更加强大的装备支持。