单质钙(Ca)提纯专用风机技术详解与运维指南:以D(Ca)252-1.81型风机为核心

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单质钙(Ca)提纯专用风机技术详解与运维指南:以D(Ca)252-1.81型风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：单质钙提纯、金属单质提纯离心鼓风机、D(Ca)252-1.81、高速高压多级离心鼓风机、风机配件、风机修理、工业气体输送、轴瓦、碳环密封

引言

在有色金属冶金、高纯材料制备等领域，金属单质的提纯是关键工艺环节之一。其中，单质钙（Ca）作为一种活泼金属，其真空蒸馏、区域熔炼等提纯过程对工艺气体的输送与控制提出了极为严苛的要求。专用的离心鼓风机在此过程中扮演着核心动力设备的角色，负责提供稳定、洁净、特定压力与流量的工艺气流，如作为保护气的氩气（Ar）或用于携带杂质的特定工业气体。本文旨在系统阐述金属单质提纯（特别是单质钙提纯）用离心鼓风机的基础知识，以 D(Ca)252-1.81型高速高压多级离心鼓风机为典型进行深度剖析，并对关键配件、修理维护要点以及广泛的工业气体输送适应性进行说明，以期为相关技术人员提供专业参考。

第一章：金属单质提纯工艺对风机的特殊要求

单质钙化学性质活泼，易与氧气、氮气、水蒸气等发生反应，因此其提纯过程通常在密闭系统或保护性气氛下进行。这要求为其服务的风机必须具备：

极高的密封性：防止外界空气（特别是O₂、N₂、H₂O）渗入，也防止工艺气体（可能含有钙蒸气或其它活性物质）外泄，确保工艺纯度和操作安全。 介质兼容性：所有与气体接触的部件材料（通流部件、密封件等）必须能够耐受所输送的特定工业气体（如Ar、He、H₂等）及其可能夹带的微量活性物质，避免腐蚀或污染。 运行稳定性与可调性：提纯工艺往往需要长时间连续运行，且对气体压力、流量参数敏感，要求风机具备稳定的性能和宽广的调节范围。 洁净度：内部结构应易于清洁，避免死区积存污染物，防止其对高纯度气体造成二次污染。

为满足这些要求，衍生出了针对性的风机系列，如文中提及的“C(Ca)”、“CF(Ca)”、“CJ(Ca)”、“D(Ca)”、“AI(Ca)”、“S(Ca)”、“AII(Ca)”等系列，它们均在标准系列基础上，针对钙提纯等特殊工况进行了材质、密封、结构上的优化。

第二章：D(Ca)252-1.81型高速高压多级离心鼓风机详解

D(Ca)252-1.81是本系列中的一款典型设备，其型号解读如下：

“D(Ca)”：表示D系列高速高压多级离心鼓风机，专为单质钙（Ca）提纯或类似活性金属工艺环境设计。“Ca”下标明其主要应用领域。 “252”：此为风机的专用编码或规格代号，通常与叶轮尺寸、级数或设计流量等核心设计参数相关联，是风机具体性能尺寸的标识。 “-1.81”：表示风机在设计工况下的出风口绝对压力为1.81个大气压（ata）。此处未标注进口压力，根据惯例，若无特别说明，通常默认为风机进风口压力为1个标准大气压（ata）。因此，该风机的压比约为1.81，升压值约为0.81个大气压（表压约0.81 kgf/cm²）。这种压力水平非常适合需要克服系统阻力、提供稳定保护气流或物料输送气流的钙提纯环节。

该型号风机的主要技术特征：

结构形式：采用多级离心式结构。气体依次通过多个串联的叶轮和扩压器，逐级提高压力。相比于单级风机，多级结构能在单机内实现更高的压升，且效率较高，运行平稳。 高速设计：通常采用高转速电机通过齿轮箱增速驱动，或采用高速直联电机。高转速使得单级叶轮能产生更高的压头，从而在达到所需压力时，可以减少风机级数，缩小整体体积。主轴转速可能达到每分钟数千甚至上万转。 性能特点：在满足1.81ata出口压力下，能够提供与“252”编码对应的特定体积流量。其性能曲线（压力-流量曲线）相对陡峭，在额定点附近运行稳定，适合用于管网阻力相对恒定的系统。 应用定位：专门匹配钙提纯工艺中需要中高压、小至中流量洁净气体的工位，例如向真空蒸馏炉的密封腔室持续供给高纯氩气保持微正压，或为气体循环净化系统提供动力。

第三章：核心配件与密封系统剖析

针对D(Ca)系列风机的苛刻工况，其关键配件设计与选材至关重要。

风机主轴：作为传递扭矩、支撑转子的核心部件，需具有极高的强度、刚性和抗疲劳性能。通常采用高强度合金钢（如40CrNiMoA、34CrNi3Mo等）经锻造、精密机加工、热处理（调质）制成。表面光洁度要求高，特别是在轴承、密封部位的轴颈，需经过磨削甚至抛光，以减少摩擦和磨损。 风机转子总成：包含主轴、多级叶轮、平衡盘（若有）、联轴器部件等。每级叶轮都经过动平衡校正，整个转子总成完成后需进行高速动平衡，确保在工作转速下振动值极小，这是保证长周期稳定运行的基础。叶轮材质根据输送气体性质选择，对于惰性气体（如Ar、He）可采用优质碳钢或不锈钢（如304、316）；若气体可能存在腐蚀性，则需选用更高等级的不锈钢或镍基合金。叶轮型线经过空气动力学优化，以追求高效率和高压力系数。 风机轴承与轴瓦：在高速高压风机中，滑动轴承（轴瓦）的应用比滚动轴承更为常见，因其承载能力大、运行平稳、阻尼特性好。轴瓦通常为剖分式，衬层材料为巴氏合金（白合金），具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力。瓦背为铸钢或铜基材料。轴承采用压力油润滑，形成稳定的油膜，将转子“悬浮”起来，避免金属直接接触。润滑油系统通常包括主油泵、辅助油泵、冷油器、滤油器等，确保供油纯净、温度适宜。 密封系统（关键中的关键）： 气封（迷宫密封）：位于各级叶轮之间以及风机进出口端，主要用于减少级间和内泄漏。其原理是利用一系列节流齿隙与膨胀空腔，使气体逐级节流降压，从而极大限制泄漏量。结构简单，非接触，可靠性高。 碳环密封：在输送昂贵、危险或高纯度气体时，轴端密封常采用碳环密封。它由多个石墨环组成，在弹簧力作用下轻微贴合并随轴旋转，形成动态密封界面。石墨具有自润滑、耐高温、化学稳定性好的特点，密封效果好于传统迷宫密封，泄漏量极低，非常适合氩气、氢气等介质的密封。油封：主要用于轴承箱的密封，防止润滑油外泄和外部杂质进入轴承。通常采用唇形密封圈或机械密封。对于轴承箱与机壳气腔相邻的结构，靠近气腔侧的油封还需承担防止工艺气体窜入油系统的任务，要求更高。 轴承箱：是容纳轴承、提供润滑并实现密封的独立部件。其设计需保证良好的刚性，以支撑转子重量和动态载荷；内部油路设计合理，确保轴承充分润滑和冷却；密封可靠，实现油、气、外界环境的有效隔离。

第四章：风机常见故障与修理维护要点

以D(Ca)252-1.81为代表的高速风机，修理工作专业性强，需由经验丰富的技术人员进行。

振动超标： 可能原因：转子动平衡破坏（叶轮结垢、磨损、部件松动）；对中不良；轴承（轴瓦）磨损或损坏；基础松动；喘振或旋转失速。 修理检查：首先复查对中。停机后，检查转子是否可盘动灵活。拆卸检查轴瓦间隙（采用压铅法或千分尺测量），巴氏合金层有无剥落、裂纹、磨损。对转子进行现场或离线动平衡校验。检查地脚螺栓和基础状况。 轴承温度高： 可能原因：润滑油不足、油质劣化、油温高；轴瓦间隙不当（过小导致油膜建立不良，过大导致油膜失稳）；轴承负载过大；冷却系统故障。 修理检查：化验润滑油品。检查油泵、冷油器、滤网工作状态。复测轴瓦间隙，检查瓦面接触斑点（应均匀）。检查轴承供油孔是否堵塞。 密封泄漏： 气体外泄/内泄增大：检查碳环密封或迷宫密封间隙。碳环若磨损超标或碎裂需整套更换。迷宫密封齿磨损可考虑修复或更换密封体。 油泄漏：检查油封唇口是否磨损、老化、弹簧失效，及时更换。检查轴承箱回油是否畅通，透气帽是否堵塞。 性能下降（压力、流量不足）： 可能原因：通流部件结垢或腐蚀，流道粗糙度增加；密封间隙因磨损过大，内泄漏严重；进口滤网堵塞；转速下降。 修理检查：打开机壳，检查各级叶轮、扩压器、回流器的流道，进行彻底清洗或修复。精确测量各级迷宫密封间隙，超标则更换。检查联轴器、齿轮箱（若有）传动效率。 大修流程要点： 解体检修：严格按照拆装顺序，使用专用工具。对所有部件进行编号、记录位置。 清洗与检查：所有部件彻底清洗后，进行宏观和探伤检查（如磁粉、超声波）。重点检查主轴有无裂纹、弯曲；叶轮有无裂纹、严重磨损；壳体有无裂纹、变形。 修复与更换：对可修复的部件（如局部磨损的轴颈可喷涂修复，壳体结合面可刮研）进行专业处理。对达到报废标准的部件（如严重腐蚀的叶轮、磨损超限的轴瓦、碎裂的碳环）坚决更换。 装配与调试：按逆序精密装配，确保各部间隙（如轴承间隙、密封间隙、叶轮与壳体间隙）符合图纸要求。完成机械装配后，进行油冲洗，直至润滑油清洁度达标。最终进行对中复查，连接管路，准备试车。

第五章：工业气体输送的通用性说明

如前文所述，此类风机设计时已考虑介质多样性。D(Ca)系列及其同类产品（如AI(Ca), S(Ca), AII(Ca)等）通过材质选择、密封优化和结构适应性设计，可安全高效地输送多种工业气体：

惰性气体：如氩气(Ar)、氦气(He)、氖气(Ne)。这是其最典型的应用，材料兼容性好，重点在于高密封性保持纯度。 反应性气体：如氧气(O₂)、氮气(N₂)、氢气(H₂)。输送O₂时，所有通流部件需采用禁油设计（脱脂处理），并使用与氧相容的材料（如特定不锈钢、铜合金）以防燃爆。输送N₂时关注干燥度。输送H₂时，因其密度小、易泄漏、易渗漏，对密封（尤其是轴端密封）要求极高，碳环密封或干气密封是优选，同时电机需防爆。 工艺气体：如二氧化碳(CO₂)、工业烟气、混合无毒工业气体。需根据气体成分中的腐蚀性、磨损性（如含尘）、冷凝特性，针对性选择耐腐蚀材料（如316L不锈钢、哈氏合金）、增加防腐涂层、设置排污口、或进行保温/伴热。空气：是最基础的介质。用于一般工艺或设备配套。

选型适配要点：当输送气体改变时，必须重新核算风机性能。因为风机的压头（能量头）特性与介质密度无关，但其产生的压力、所需功率与介质密度成正比。风机定律表明：在转速、尺寸不变时，压力正比于密度，轴功率也正比于密度。因此，从输送空气改为输送密度较小的氢气时，在相同转速下，出口压力和功率会大幅下降；反之，改为输送密度较大的二氧化碳时，压力和功耗会上升。选型时必须依据目标气体的密度、压缩性、温度等参数进行换算，确保电机功率、壳体承压、密封能力等均满足新工况要求。

结语

D(Ca)252-1.81型高速高压多级离心鼓风机作为单质钙提纯工艺中的关键设备，体现了特种风机在极端工况下的高设计、高制造与高维护要求。其成功的应用，不仅依赖于初始型号的精确选型与设计，更离不开对风机核心配件（如主轴、转子、轴瓦、碳环密封）的深刻理解以及对专业化修理维护流程的严格执行。同时，该类风机所具备的工业气体输送宽泛适应性，也使其能够在更广阔的冶金、化工、材料制备领域发挥作用。掌握其基础知识与运维精髓，对于保障生产线连续稳定运行、提升产品纯度与生产效率具有重要意义。未来，随着新材料、新密封技术（如干气密封）和智能监测诊断技术的应用，单质钙提纯专用风机的可靠性、效率和智能化水平必将迈向新的台阶。

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