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金属铝(Al)提纯浮选风机:D(Al)1884-2.93型高速高压多级离心鼓风机技术详述

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:铝矿物浮选、离心鼓风机、D(Al)1884-2.93、高速多级风机、风机配件、风机维修、工业气体输送、轴瓦、碳环密封、转子总成

一、 引言:矿物单质提纯与离心鼓风机的关键角色

在矿业冶炼领域,从矿石中高效、经济地提取单质金属是核心工艺。对于铝(Al)而言,虽然其最终产品(金属铝)主要通过电解法获得,但前端从铝土矿等原料中提纯出高品质的氧化铝(Al₂O₃)是至关重要的预处理步骤。在此过程中,浮选法作为一种重要的物理选矿方法,被广泛用于分离铝矿物与脉石,以提高原料品位。

浮选工艺的核心动力来源之一是鼓风机。它负责向浮选槽中通入足量、稳定、具备一定压力的空气,使其在矿浆中弥散形成微小气泡。目标矿物颗粒选择性地附着于气泡并上浮至矿浆表面形成泡沫层,从而实现分离。鼓风机的性能:包括风量、风压、稳定性及气体兼容性:直接决定了浮选效率、精矿品位与回收率。

针对铝矿物浮选工艺的特殊需求(如处理量大、压力要求适中但需稳定、有时需处理特定工业气体),发展了系列化、专业化的离心鼓风机。本文将重点围绕铝矿物浮选工艺中应用的D(Al)1884-2.93型高速高压多级离心鼓风机展开,深入剖析其技术特点、关键配件、维护修理要点,并对输送各类工业气体的风机选型与应用进行说明。

二、 风机系列概览与D(Al)型定位

在铝矿物提纯领域,常用的离心鼓风机系列包括:

“C(Al)”型系列多级离心鼓风机:传统多级结构,效率高,运行平稳,适用于中等压力、大风量的浮选或其它工艺气体输送场景。 “CF(Al)”型与“CJ(Al)”型系列专用浮选离心鼓风机:专为浮选工艺优化设计,通常在气动性能、抗堵塞、易维护方面有特殊考量,是浮选厂的主流选择之一。 “D(Al)”型系列高速高压多级离心鼓风机:本文核心机型所属系列。采用高转速设计,通过较少的级数实现较高的单级压升,从而在紧凑结构下提供更高的出口压力。适用于浮选槽较深、管路阻力大或需要较高压力进行充气和搅拌的场合。 “AI(Al)”型系列单级悬臂加压风机:结构紧凑,适用于风量相对较小、压力要求不高的辅助供气或小规模系统。 “S(Al)”型系列单级高速双支撑加压风机“AII(Al)”型系列单级双支撑加压风机:单级高转速或常规转速设计,双支撑结构刚性更好,适用于中等参数且对运行稳定性要求高的场合。

D(Al)系列在其中扮演着“高压主力”的角色。其高速设计减少了叶轮和机壳数量,降低了机械复杂性,但同时对转子动力学、轴承系统和密封技术提出了更高要求。

三、 D(Al)1884-2.93型风机深度解析

1. 型号释义:

D(Al):代表高速高压多级离心鼓风机系列,专为铝矿物相关工艺设计。 1884:内部编码,通常涵盖设计序列、叶轮尺寸或主要性能参数代码。 2.93:表示出风口绝对压力为2.93个标准大气压(约0.193 MPaG表压)。型号中未标注进风口压力,按照惯例“如果没有‘/’就表示进风口压力是1个大气压”,即进口为常压(绝对压力1 atm)。 配套说明:该机型可与跳汰机等选矿设备配套,其选型基于所需风量、系统阻力及工艺要求综合确定。

2. 核心设计特点:

高速性:主轴转速通常在每分钟数千转乃至上万转,以实现单级叶轮的高压头输出。 多级结构:虽为高速,但仍采用多级压缩(通常2-4级),每级由叶轮、扩压器、回流器等组成,气体逐级增压,效率较高。 高压目标:最终出口压力2.93 atm(绝压),压比约为2.93,属于中高压范畴,能满足复杂浮选回路或深槽浮选的供气需求。 气体适用性:基础设计针对空气。其材料选择、密封和结构也考虑了对后文所述多种工业气体的兼容性。

3. 关键性能关联(中文描述公式):

风机相似定律:对于同一系列风机,其流量与转速的一次方成正比,压力与转速的二次方成正比,轴功率与转速的三次方成正比。这决定了通过调速(如变频控制)可以有效调节D(Al)1884-2.93的风量与压力,适应工艺波动。 压力与流量特性曲线:该风机的性能曲线表现为,在给定转速下,随着流量增加,出口压力逐渐下降。稳定的浮选工艺要求风机在高效区(通常位于性能曲线峰值右侧的稳定区域)运行。 功率计算:风机轴功率基本等于(流量乘以压升)除以(风机效率乘以机械传动效率)。对于D(Al)1884-2.93,其高速设计旨在通过提升单级压升来优化效率和结构。

四、 核心配件与子系统详解

D(Al)1884-2.93型风机的可靠运行依赖于其精密的配件和子系统。

1. 风机主轴

作为核心传动部件,承载所有旋转零件的扭矩和弯矩。采用高强度合金钢(如42CrMo)锻造,经调质处理,具有高疲劳强度和韧性。高速运转下,其临界转速必须远高于工作转速,且经过严格的动平衡校正,以避免共振和过大振动。

2. 风机轴承与轴瓦

对于此类高速风机,常采用滑动轴承(轴瓦),而非滚动轴承。原因在于滑动轴承在高转速下具有更优的阻尼特性和承载能力,运行更平稳。 轴瓦通常为剖分式,内衬巴氏合金(白合金)。巴氏合金质地软、顺应性好、嵌藏性佳,能保护轴颈免受磨损,并吸收微小振动。润滑油在轴与瓦之间形成稳定的油膜,实现液体摩擦,磨损极小。

3. 风机转子总成

这是风机的心脏,包含主轴、各级叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器部件等。 叶轮:多采用后弯式叶片的三元流设计,材料为高强度铝合金或不锈钢,经过精密加工和超速试验。每个叶轮都单独进行动平衡。 平衡盘:利用气体压差产生一个与轴向推力方向相反的力,以平衡转子在多级压缩中产生的大部分轴向力,剩余轴向力由推力轴承承担。 整个转子总成在装配后需进行高速动平衡,确保在工作转速下振动值极低。

4. 密封系统

气封(级间密封与轴端密封):通常采用迷宫密封。在转子和静子之间形成一系列节流间隙与膨胀空腔,有效减少级间泄漏和气体向大气泄漏。 油封:位于轴承箱端部,防止润滑油外泄。常用形式包括骨架油封或更先进的迷宫式油封与甩油环组合。 碳环密封:在输送特殊气体(如氧气、氢气)或要求零泄漏的场合,会采用碳环密封作为轴端密封。它由多个碳环组成,在弹簧力作用下紧贴轴套(或轴)表面,形成接触式密封,泄漏量远小于迷宫密封。碳环具有自润滑、耐高温、化学稳定性好的特点。

5. 轴承箱

容纳主轴轴承(径向轴瓦和推力轴瓦),并作为润滑油路的载体。设计有观察窗、温度测点、回油口等。其结构刚性对确保轴承对中度和转子稳定性至关重要。

五、 风机维护、常见故障与修理要点

1. 日常维护

油系统:定期检查润滑油质、油位、油温及油压。按时更换润滑油和滤芯。 振动与温度监测:持续监控轴承振动(速度或加速度值)和温度,它们是风机健康状态的“晴雨表”。 密封检查:观察是否有异常气体泄漏或油泄漏。 过滤器清洁:确保进风口空气过滤器清洁,防止粉尘进入风机导致磨损。

2. 常见故障与修理

振动超标原因:转子积垢或磨损导致不平衡;对中不良;基础松动;轴承(轴瓦)磨损;喘振(运行点落入不稳定区)。 修理:停车检查,清洗或修复转子,重新动平衡;校正联轴器对中;紧固地脚;刮研或更换轴瓦;调整工况点,避开喘振区。 轴承温度高原因:润滑油不足或变质;油路堵塞;轴瓦间隙过小或磨损;冷却不良。 修理:补油或换油;清洗油路;调整或更换轴瓦;检查冷却水系统。 风量或压力不足原因:过滤器堵塞;密封间隙磨损过大导致内泄漏严重;转速未达额定值;工艺系统阻力异常增大。 修理:清洗过滤器;测量并调整或更换密封件(如迷宫密封齿);检查驱动电机和变频器;检查管路和阀门。 异响原因:喘振引起的周期性吼声;部件松动或摩擦;轴承损坏。 修理:立即调整工况消除喘振;停机检查紧固件和内部间隙;检查轴承。 大修要点: 解体后,全面检查转子总成各部件有无裂纹、磨损、变形,必要时送专业厂进行动平衡。 轴瓦需检查巴氏合金层有无剥落、裂纹、磨损,测量间隙,按标准进行刮研。 检查所有密封(迷宫密封齿、碳环)的磨损情况,更换超标件。 清理机壳流道,检查有无腐蚀或磨损。 回装时严格保证各部间隙(如气封间隙、轴承间隙)符合装配图纸要求,确保对中精度。

六、 输送工业气体的特殊考量与风机选型

在铝冶炼及提纯全流程中,风机可能需输送多种工业气体。不同气体的物性对风机设计、材料和操作有重大影响。

1. 可输送气体类型及特性

空气:最常用,风机设计基准。注意空气中可能含尘、湿度变化。 工业烟气:成分复杂,可能含腐蚀性成分(SOx, NOx)、粉尘和水分。需考虑防腐(如不锈钢材质)、防结垢、防磨设计和密封要求。 二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar):惰性或弱活性气体。密度高于空气(Ar、CO₂)或略低于空气(N₂)。主要需根据密度和绝热指数重新计算性能曲线(压力、功率随气体密度变化而变化)。 氧气(O₂):强氧化剂。极其关键!必须确保系统绝对禁油,所有与氧气接触的部件需进行脱脂处理。材料选择上避免易燃材料(如某些橡胶密封),通常采用不锈钢、铜合金等。密封常采用碳环密封或干气密封,防止润滑油渗入。启动前必须用惰性气体(如N₂)彻底吹扫。 氢气(H₂)、氦气(He):密度极低的小分子气体。泄漏倾向强,对密封(如采用干气密封或特殊碳环密封)要求极高。由于气体密度低,要达到相同的质量流量或压比,风机可能需要更高的转速或不同的叶轮设计,且功率通常低于输送空气时。 混合无毒工业气体:需明确具体成分比例,计算平均分子量、密度、绝热指数等,作为风机选型和性能换算的依据。

2. 风机选型与系列对应

输送空气、N₂、Ar、CO₂及一般混合气体:可根据压力、流量需求,在C(Al)、CF(Al)、CJ(Al)、D(Al)、S(Al)、AII(Al)等系列中选择。重点是根据换算后的性能参数匹配。 输送氧气(O₂):应选择专门设计的氧气风机。上述系列均可衍生出“禁油”型氧压机版本,但需在订货时明确。材料、密封、清洗规程有特殊要求。 输送氢气(H₂)、氦气(He):因密度低、易泄漏,常选用高速型风机(如D(Al)系列经特殊设计)或专门的气体压缩机,并配备高端密封系统。 输送腐蚀性烟气:优先考虑C(Al)、D(Al)系列的耐腐蚀材质版本(如叶轮、机壳采用不锈钢或涂层),并可能需设计冲洗接口防止积灰。

重要原则:当输送气体非空气时,必须向风机制造商提供准确的气体成分、进气状态(压力、温度)、所需流量和出口压力,由制造商进行性能换算和针对性设计,绝不可直接套用空气性能参数选型。

七、 总结

D(Al)1884-2.93型高速高压多级离心鼓风机是铝矿物浮选提纯工艺中应对较高供气压力需求的强力装备。其高速多级设计在紧凑性与性能间取得了良好平衡。深入理解其型号含义、性能特点、尤其是转子总成、轴瓦、碳环密封等关键配件的原理与维护要求,是保障其长期稳定运行、发挥最佳浮选效益的基础。

同时,矿业冶炼流程的复杂性要求风机技术能够适应从空气到各类特殊工业气体的输送任务。根据气体物性的不同,在正确的风机系列基础上进行针对性的材料、密封和性能调整,是实现安全、高效、长寿命运行的关键。作为风机技术人员,掌握这些基础知识,并与工艺需求紧密结合,方能做好设备的选型、运维与管理,为矿物单质提纯生产线的稳定高效保驾护航。

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