单质钙(Ca)提纯专用风机技术详解：以D(Ca)2918-1.87型风机为核心

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单质钙(Ca)提纯专用风机技术详解：以D(Ca)2918-1.87型风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：单质钙提纯专用风机，D(Ca)2918-1.87，离心鼓风机，风机配件，风机修理，工业气体输送，金属单质提纯

引言

在金属单质提纯，特别是高活性金属钙(Ca)的工业化生产与提纯工艺中，高纯、可控的惰性气体环境是保证产品质量、生产安全及效率的核心前提。作为提供这一关键气体动力的心脏设备，专用离心鼓风机的设计与性能至关重要。它不仅要提供稳定、精确的压力与流量，还必须具备极高的密封性、材料兼容性与运行可靠性，以应对钙金属极易氧化、对氧气和水分极度敏感的特性。本文将从风机基础知识入手，聚焦于单质钙(Ca)提纯专用风机的代表型号:D(Ca)2918-1.87型高速高压多级离心鼓风机，深入剖析其技术内涵、关键配件构成、维护修理要点，并扩展讨论其在输送各类工业气体时的通用技术考量，旨在为从事相关领域的技术人员提供系统的参考。

一、金属单质提纯与离心鼓风机基础知识

金属钙的提纯通常采用真空蒸馏或惰性气体（如高纯氩气Ar）保护下的精馏等工艺。在此过程中，鼓风机承担着关键角色：

建立与维持气氛：在系统开机阶段，需要快速置换系统内的空气，建立惰性气体环境；在生产中，需持续补充气体以维持微正压，防止空气渗入。 驱动气体循环：在闭路循环系统中，驱使保护气体流经反应器、冷凝器、纯化器等设备，完成热质传递过程。 提供工艺压力：为满足特定工艺环节（如气体穿透物料层、推动流体流动）所需的压力条件。

离心鼓风机的工作原理基于叶轮旋转的动能传递。当电机驱动风机主轴及安装在主轴上的叶轮高速旋转时，气体从轴向进入叶轮，在离心力作用下被加速并甩向叶轮外缘，气体的压力和速度同时得到提高。随后，高速气体进入扩压器，速度能进一步转化为压力能。对于多级风机，气体依次通过多个叶轮和扩压器，压力得以逐级升高。

根据结构和用途，用于钙提纯及相关工业气体的风机系列多样，如：

“C(Ca)”型系列多级离心鼓风机：常用于中等流量和压力需求的稳定输送。 “CF(Ca)”与“CJ(Ca)”型系列专用浮选离心鼓风机：专为矿物浮选工艺设计，但经过材质和密封特殊改造后，也可用于特定气体输送环节。 “D(Ca)”型系列高速高压多级离心鼓风机：本文重点，适用于高压力、小流量的苛刻工况，是钙提纯保护气体循环增压的理想选择。 “AI(Ca)”、“S(Ca)”、“AII(Ca)”型系列单级加压风机：分别适用于不同支撑形式和压力需求的单级增压场合。

型号命名规则以D(Ca)300-1.6为例：“D”代表D系列高速高压多级离心鼓风机；“(Ca)”标识其适用于钙工业或进行了钙工业特殊设计；“300”是风机专用编码，通常与叶轮尺寸、级数等设计参数相关；“-1.6”表示风机在设计点（额定流量下）的出风口绝对压力为1.6个大气压（约0.06MPa表压），此压力值是与后端工艺设备（如跳汰机）匹配选型确定的结果；若未标注进口压力，则默认进风口压力为1个标准大气压。

二、核心设备详解：单质钙(Ca)提纯专用风机D(Ca)2918-1.87

D(Ca)2918-1.87型风机是D(Ca)系列中的一款典型产品，专为金属钙提纯工艺中高纯惰性气体（如氩气）的循环与增压而优化设计。

型号释义： D(Ca)：指D系列高速高压多级离心鼓风机，专为钙工业优化。 2918：此为风机专用编码。“29”可能指示叶轮公称直径或系列变型，“18”可能代表叶轮的级数（18级），表明这是一台通过多级串联实现高压比的鼓风机。 -1.87：表示风机在设计工况下，出风口的绝对压力为1.87个大气压（约0.087MPa表压）。这个压力值是为了满足钙提纯系统中气体克服管道、阀门、纯化装置及反应器阻力，并维持系统整体微正压环境而设定的。 设计特点与技术参数： 高转速与高压比：为达到1.87个大气压的出口压力，风机采用多级叶轮（如18级）串联，并通常配备增速齿轮箱，使转子工作在每分钟数千甚至上万转的高转速下，实现高效的能量传递。 极端密封要求：为防止外部空气渗入污染保护气体，或内部润滑油气泄漏污染工艺气体，该型号风机采用了远超常规风机的密封系统，通常集成了迷宫密封、碳环密封甚至干气密封等多重密封组合。 材料兼容性与洁净度：所有与工艺气体接触的部件（如机壳、叶轮、密封腔）需采用不锈钢（如304、316L）或更高等级材料，确保无锈蚀、无污染。内部表面需进行精密处理，减少气体滞留和污染物附着。 精密平衡与低振动：多级转子（风机转子总成）的动平衡等级要求极高（通常达到G2.5或更高），以确保在高速下的稳定运行，延长轴承和密封寿命。 热管理：气体在多级压缩过程中会产生温升，可能需要级间冷却或最终冷却设计，以控制出口气体温度符合工艺要求。

三、风机核心配件解析

以D(Ca)2918-1.87为例，其可靠性建立在关键配件的精密设计与制造上。

风机主轴：作为承载所有旋转部件的核心，需采用高强度合金钢（如42CrMo），经调质处理获得优异的综合机械性能。其加工精度要求极高，各装配段的同心度、圆柱度、表面硬度及粗糙度都直接影响到转子平衡、密封效果和轴承寿命。 风机转子总成：由主轴、多级叶轮、平衡盘、联轴器部件等组装而成。每个叶轮需单独进行超速试验和动平衡校正。总装后，整个转子需进行高速动平衡，确保残余不平衡量在允许范围内。平衡盘用于平衡大部分轴向推力，减少推力轴承负荷。 风机轴承与轴瓦：对于D(Ca)系列这样的高速高压风机，常采用滑动轴承（轴瓦）。轴瓦材料多为巴氏合金，具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力。油膜润滑至关重要，需要稳定的润滑油系统提供压力、温度和流量合适的润滑油，形成流体动压油膜，将旋转轴抬起，实现非接触式支撑，摩擦小、寿命长、阻尼大，有利于抑制振动。 密封系统： 气封（迷宫密封）：安装在机壳与转子之间，通过一系列节流齿隙形成流动阻力，减少级间和内泄漏，是最基本的非接触式密封。油封：位于轴承箱两端，防止润滑油沿轴泄漏到轴承箱外部，通常为接触式唇形密封或机械密封。 碳环密封：是这类高端工艺风机的关键密封。由多个碳环组成，在弹簧力作用下轻贴于轴套表面，形成径向接触密封。其材料具有自润滑性，摩擦系数低，耐磨损，能有效阻止气体轴向泄漏。在D(Ca)2918-1.87上，常用于平衡腔或轴承箱的气侧，防止工艺气进入油路或润滑油进入工艺气。 轴承箱：是容纳主轴轴承、并提供稳定润滑环境的壳体。其结构需保证刚性，内腔油路设计合理，确保润滑油能均匀覆盖轴颈并带走热量。轴承箱与机壳间的密封同样关键，常采用“碳环密封+迷宮密封”的组合。 增速齿轮箱（若为齿轮增速型）：将电机转速提升至风机工作转速。其齿轮精度、轴承和润滑系统可靠性直接影响整机效率和噪音振动水平。

四、风机维护与修理要点

对单质钙(Ca)提纯专用风机的维护修理，核心目标是保持其密封完整性、运行平稳性和效率。

日常维护： 振动与温度监测：定期记录轴承、机壳振动值及轴承、润滑油温度，建立趋势图，是预测故障的最有效手段。 润滑油管理：定期分析润滑油品质（粘度、水分、金属颗粒），按周期更换。保证油压、油温、油位在正常范围。 密封气系统检查：若配置干气密封，需确保密封气的压力、纯度、流量稳定。 听声辨异：注意运行声音变化，异常噪音可能预示轴承损坏、转子碰磨或喘振。 定期检修与修理： 解体检修流程：必须严格按照规程进行。标记所有部件相对位置后，依次拆卸联轴器、油管、仪表、机壳上盖、轴承上盖等。吊出风机转子总成需使用专用工具，平稳操作。 关键部件检查与修理：转子：检查叶轮叶片有无裂纹、磨损或腐蚀；轴颈有无划伤或磨损；动平衡状态需在专业动平衡机上复检。叶轮损坏通常需专业厂家修复或更换。轴瓦：测量轴瓦间隙（压铅法）和瓦背过盈量。检查巴氏合金层有无疲劳剥落、裂纹、磨损或擦伤。轻微损伤可刮研修复，严重则需重浇巴氏合金并机加工。密封：碳环密封的碳环磨损量、弹簧弹力需仔细测量，磨损超标必须成组更换。迷宫密封齿隙需检查，碰磨严重处需修整或更换密封件。主轴：进行无损探伤（如磁粉探伤），检查有无裂纹。测量关键位置的直径、圆度、跳动，超差需进行磨削修复或喷涂后加工。 机壳与流道：检查内部有无锈蚀、结垢或异物，进行彻底清理。检查隔板、扩压器有无裂纹或变形。 回装与对中：所有部件清洗干净，按反向顺序精密回装。重点是确保各部间隙（如叶轮与机壳间隙、气封间隙）符合图纸要求。风机与电机（或齿轮箱）的对中是回装后最关键的一步，必须使用激光对中仪等精密工具，在冷态和热态（考虑热膨胀）两个状态下达到对中标准，这是避免振动、保护轴承和密封的基础。 试运行：检修后，需遵循“点动-低速运行-加载运行”的步骤，逐步升温升压，密切监测所有参数，确认正常后方可投入正式运行。

五、输送工业气体的通用技术考量

除了为钙提纯输送高纯惰性气体，前述风机系列（C/C/D/AI/S/AII等）经过针对性设计和选材，可广泛应用于输送空气、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)等各类混合无毒工业气体。技术考量要点包括：

气体性质适配： 密度与分子量：气体密度直接影响风机压头和轴功率。例如，输送氢气（低密度）时，所需压头高，电机易超电流；输送二氧化碳（高密度）时，轴功率增大。 腐蚀性：如烟气中含硫氧化物、水分，氧气具有强氧化性，需选用耐蚀材料（不锈钢、蒙乃尔合金、特殊涂层）。 毒性或危险性：如CO、H₂等，对密封（通常升级为双端面干气密封）和泄漏检测要求极高。 洁净度：输送高纯气体时，与D(Ca)2918-1.87类似，需确保流道洁净、无油脂、无脱落物。 温度与湿度：高温气体会影响材料强度、密封性能和冷却系统设计；湿气可能导致凝结、腐蚀或水击。 风机选型修正：
制造商提供的性能曲线通常基于空气（标准状态）。输送其他气体时，需根据实际气体的密度、绝热指数等进行参数换算，包括压力、流量（体积流量可能不变，但质量流量变）、轴功率等，以确保选型准确。 密封系统定制：
根据气体特性选择密封方案。惰性气体可用迷宫+碳环；氧气禁用油气，需采用无油润滑轴承和特殊密封；氢气因分子小、易泄漏，需采用更精密的干气密封等。 安全与防护：
防爆要求（如输送氢气、可燃气体）、静电导除、超压保护、喘振保护等安全系统必须根据气体特性和工艺要求配置完备。

结语

单质钙(Ca)提纯专用风机，尤其是如D(Ca)2918-1.87型这样的高速高压多级离心鼓风机，是精密化工与冶金装备的典型代表。其技术核心在于针对特定工艺介质的极端要求，在高压生成、密封隔绝、材料兼容及运行稳定之间取得最佳平衡。深入理解其型号含义、掌握核心配件如主轴、转子总成、轴瓦、碳环密封、轴承箱等的技术要点，并遵循科学的维护修理规程，是保障其长期稳定运行、支撑高端金属材料安全生产的关键。同时，这些技术原理经过适配性调整，也构成了各类工业气体输送风机选型、应用与维护的通用基础，体现了离心风机技术宽广的应用适应性与深厚的技术内涵。

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