轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机D(La)2521-1.70关键技术解析与工业气体输送应用

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轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机D(La)2521-1.70关键技术解析与工业气体输送应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯镧提纯离心鼓风机 D(La)2521-1.70 风机配件风机修理工业气体输送多级离心鼓风机稀土矿选矿

一、稀土矿提纯与离心鼓风机技术概述

稀土元素作为现代工业的“维生素”，在新能源、新材料、航空航天等领域具有不可替代的战略价值。轻稀土（铈组稀土）主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素，其中镧的提纯是稀土产业链中的关键环节。在镧的湿法冶金提纯过程中，离心鼓风机承担着氧化焙烧、气体输送、浮选供气、尾气处理等核心工艺的气源供应任务，其性能直接影响到提纯效率、产品纯度和生产成本。

我国稀土提纯行业经过数十年的技术积累，已形成了一套完整的气动设备体系。针对稀土提纯的特殊工况，风机行业开发了多个专用系列：“C(La)”型系列多级离心鼓风机，“CF(La)”型系列专用浮选离心鼓风机，“CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机，“D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机，“AI(La)”型系列单级悬臂加压风机，“S(La)”型系列单级高速双支撑加压风机，“AII(La)”型系列单级双支撑加压风机。这些风机可输送空气、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及混合无毒工业气体，满足了稀土提纯全过程的气动需求。

本文将重点针对“D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机中的典型型号D(La)2521-1.70进行深入解析，并系统阐述风机关键配件、维修保养要点以及在工业气体输送中的特殊考量。

二、D(La)2521-1.70风机型号详解与性能特征

2.1 型号命名规则解析

在稀土提纯风机命名体系中，型号“D(La)2521-1.70”承载着完整的技术参数信息：

“D”：表示该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机。该系列专门为需要较高压比的稀土提纯工序设计，如高压氧化、强制气体循环等环节。 “(La)”：表明该风机是针对镧元素提纯工艺优化设计的专用设备。不同稀土元素的提纯工艺存在差异，风机在设计时需考虑特定的气体成分、腐蚀性、温度和压力要求。 “2521”：这是风机的规格代码，需要结合厂家具体参数表解读。通常前两位“25”可能表示叶轮直径或系列尺寸，后两位“21”可能表示设计序号或变形代号。在D系列中，这类数字组合往往与风机的结构尺寸、级数和流量范围相关联。 “-1.70”：表示风机在标准进气条件下的出口绝对压力为1.70个大气压（即表压约为0.70 kgf/cm²或70 kPa）。值得注意的是，根据行业标注惯例，如果型号中没有以“/”符号引入进气压力值（如“-1.8/0.9”表示进气0.9 atm，出气1.8 atm），则默认进气压力为1个标准大气压。因此，D(La)2521-1.70的压比（出口压力与进口压力之比）为1.70。

作为对比，型号“D(La)300-1.8”表示：D系列镧提纯用风机，流量为每分钟300立方米，出口绝对压力1.8个大气压，进气为常压。可见，型号中是否直接包含流量数值，不同厂家的标注体系略有不同。

2.2 D(La)2521-1.70的设计与性能特点

D(La)2521-1.70作为高速高压多级离心鼓风机，其核心设计目标是满足镧提纯过程中某些特定高压气力输送或气体增压环节的需求。其性能特点主要包括：

高压比能力：通过多个离心叶轮串联工作，逐级提高气体压力，最终实现1.70的压比。这对于需要克服系统高阻力或实现特定工艺压力（如某些高压浸出或喷雾焙烧环节）至关重要。 高转速设计：为在紧凑结构内实现高压比，D系列风机通常采用齿轮箱增速驱动，工作转速可达每分钟数千甚至上万转。高转速带来了更高的单级压升，减少了风机级数，缩小了体积。 介质适应性：针对镧提纯可能接触的工艺气体（如含有酸性成分的空气、氮气保护气等），过流部件（叶轮、蜗壳、扩压器）需采用耐腐蚀材料，如特种不锈钢（如316L）、双相钢，或在关键部位增加防腐涂层。 高效与稳定：采用三元流叶轮、高效扩压器等现代气动设计，确保在额定工况点附近具有较高的等熵效率。同时，精密的转子动力学设计保证了在高转速下的稳定运行，振动值控制在严格标准内。 集成化与密封性：将多级叶轮、密封系统、轴承系统高度集成在垂直剖分或水平剖分的机壳内。密封系统尤为关键，防止工艺气体泄漏或润滑油进入流道。

2.3 在镧提纯工艺中的应用定位

在轻稀土镧的提取与分离流程中，D(La)2521-1.70这类高压风机可能应用于以下环节：

高压鼓风焙烧：某些碱法或酸法分解稀土精矿的工艺中，需要高压空气或氧气以强化焙烧反应，提高分解效率。 气体循环增压：在闭路气体循环系统中（如某些还原或氯化工艺），风机用于补偿系统压力损失，维持循环气体的压力和流量稳定。 气力输送：输送稀土粉料或催化剂，需要较高压头的气源。 尾气高压排放：当尾气处理系统（如洗涤塔、吸收塔）阻力较大时，需要风机提供足够的排气压力。

其1.70 atm的出口压力，能够为上述工艺提供可靠的气动动力源。

三、风机核心配件系统深度解析

一台高性能的离心鼓风机，是其精密配件协同工作的结果。以下结合D系列风机特点，对关键配件进行说明。

3.1 转子总成:风机的心脏

转子总成是风机做功的核心部件，主要包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等。

主轴：通常采用高强度合金钢（如40CrNiMoA）整体锻造，经调质处理获得优良的综合机械性能。它必须具备极高的强度、刚性和疲劳极限，以承受高转速下的离心力、扭矩和临界转速的考验。主轴上各级叶轮的装配位置经过精密加工，确保同轴度和跳动公差在微米级。叶轮：D系列多级风机的叶轮多为闭式后向叶轮。材料根据输送气体性质选择，输送空气或无强腐蚀气体可用优质碳钢或低合金钢；对于有腐蚀性或纯净度要求的工艺气体，则采用不锈钢或更高等级的耐蚀合金。叶轮需经过动平衡校正，精度等级通常要求达到G2.5或更高，以减小振动。 平衡盘：在多级风机中，由于各级叶轮两侧压力不同，会产生巨大的轴向推力。平衡盘通过其两侧的压力差，产生一个与轴向推力方向相反的平衡力，将大部分轴向力抵消，剩余的推力则由止推轴承承担。平衡盘的间隙调整至关重要。

3.2 轴承与润滑系统:稳定的基石

高速运转的转子需要可靠的支撑。

轴承与轴瓦：D系列高速风机通常采用滑动轴承（轴瓦）。与滚动轴承相比，滑动轴承在高转速、重载荷下具有更好的稳定性和更长的寿命。轴瓦内衬浇铸巴氏合金（Babbitt metal），这种材料具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力。径向轴承支撑转子重量，止推轴承承受残余轴向推力。轴承间隙需严格按照制造厂数据调整，油楔的形成是建立稳定润滑油膜的关键。 轴承箱：轴承箱是容纳轴承、提供润滑油路和冷却的部件。它必须有足够的刚性，防止变形影响对中。轴承箱通常设有测温点（铂热电阻），用于监测轴承温度。

3.3 密封系统:防止内泄外漏的生命线

密封的可靠性直接关系到风机效率、安全性和环境友好性。

级间密封与轴端气封：在风机内部，为防止高压级气体向低压级泄漏，在隔板与主轴之间设有迷宫密封（Labryinth Seal）。它利用多次节流膨胀原理来减小泄漏量。在轴端，为防止工艺气体沿轴泄漏到大气或润滑油进入机壳，同样设置迷宫密封。 碳环密封：在现代高性能风机中，碳环密封（Carbon Ring Seal）被广泛应用，尤其是对于有毒、有害或贵重气体。它由一组具有弹簧预紧力的碳环组成，碳环内径与轴（或轴套）保持极小的间隙，实现非接触式密封。当少量气体泄漏通过第一道碳环后，可被引至回收装置或安全放空。碳环密封具有自润滑、耐高温、适应一定轴跳动等优点，是解决工艺气体泄漏的有效手段。油封：在轴承箱两端，使用骨架油封或机械密封，防止润滑油泄漏。对于高速场合，常采用唇式密封与甩油盘相结合的结构。

3.4 蜗壳与扩压器:能量转换的场所

多级离心鼓风机的机壳内包含各级的蜗壳和扩压器。蜗壳收集从叶轮出来的气体，并将其动能部分转化为静压能。扩压器（无叶或有叶）则进一步降低气体速度，提高静压。它们的流道型线经过优化设计，以最小化流动损失。机壳通常为铸铁或铸钢件，需能承受设计压力。

四、风机维护、修理要点与故障研判

科学维护与及时修理是保障D(La)2521-1.70风机长周期安全稳定运行的关键。

4.1 日常巡检与预防性维护

振动与噪声监测：每日记录轴承座各方向的振动速度或位移值。振动异常增大往往是转子不平衡、对中不良、轴承磨损或喘振的先兆。监听运行声音，检查是否有摩擦、撞击异响。 温度监测：轴承温度、润滑油温度不应超过规定值（通常轴承温度报警值设于85-90℃）。温度骤升可能预示润滑不良或部件磨损。 压力与流量监控：监测进出口压力、过滤器压差、润滑油压是否正常。流量与压力的异常变化可能指向系统阻力变化、滤网堵塞或内部泄漏。 润滑系统维护：定期化验润滑油，根据结果决定是否更换。保持油箱油位，清洗或更换滤油器。确保油路畅通，冷却器工作正常。 密封检查：检查轴端是否有明显的气体泄漏或油渍，判断密封有效性。

4.2 常见故障诊断与修理

振动超标 原因：转子积垢导致动平衡破坏；叶轮磨损或局部腐蚀；主轴弯曲；联轴器对中不良；轴承间隙过大或巴氏合金磨损、脱落；地脚螺栓松动；喘振。修理：停机后，重新进行转子动平衡校正；更换损坏的叶轮或主轴；重新精确对中；刮研或更换轴瓦；紧固地脚螺栓；检查并消除喘振条件（如调整出口阀门、检查系统阻力）。 轴承温度高 原因：润滑油量不足或变质；油路堵塞；冷却不足；轴承间隙过小；轴承接触不良，局部点负荷过大；轴向力过大，止推轴承过载。修理：补充或更换合格润滑油；疏通油路；检查冷却水系统；调整轴承间隙至标准值；研刮轴瓦至接触面积符合要求；检查平衡盘密封间隙，调整以平衡轴向力。 风量或压力不足 原因：进口过滤器堵塞；密封间隙（特别是级间密封和平衡盘密封）因磨损过大，导致内泄漏严重；叶轮流道腐蚀或积垢，效率下降；转速未达额定值；系统管网阻力大于设计值。修理：清洗或更换滤芯；停机大修，更换所有迷宫密封齿片或碳环；清洁或更换叶轮；检查驱动机（电机、齿轮箱）；复核系统阻力。 气体泄漏 原因：轴端迷宫密封或碳环密封磨损；机壳中分面或端盖密封垫损坏。修理：更换密封组件；更换密封垫，并在紧固中分面螺栓时遵循规定的力矩和顺序。

4.3 大修注意事项

风机运行一定周期（通常为2-4年或根据状态监测结果）后需进行解体大修。大修时需：①标记所有零部件位置；②详细测量并记录所有配合间隙（如轴承间隙、密封间隙、叶轮与隔板间隙等），并与出厂标准对比；③检查主轴直线度、叶轮铆接或焊缝有无裂纹；④彻底清洗所有油路、腔体；⑤更换所有密封件和易损件；⑥重新装配后，务必进行精确对中，并按规定程序进行油循环清洗，最后进行机械试运行和性能测试。

五、工业气体输送风机的特殊技术要求

稀土提纯工艺中，风机输送的介质远不止空气。针对不同工业气体，风机设计和材料选择有特殊要求。

氧气(O₂)输送：氧气是强氧化剂，且有助燃风险。风机必须进行严格的禁油处理，所有流道、密封腔在装配前需用四氯化碳等溶剂彻底脱脂。材料选择上，应避免使用在高速流动氧气中易产生火花或剧烈氧化的材料（如铜合金可能不适用于高压氧气），通常采用不锈钢。运行中要防止局部高温和异物进入。 氢气(H₂)、氦气(He)输送：氢气密度极小，分子活动性强，极易泄漏。对密封系统要求极高，碳环密封或干气密封是优选。同时，氢气在一定条件下有爆炸风险，风机需防爆设计（防爆电机、静电接地等）。氦气性质类似，但为惰性气体，无爆炸风险，主要挑战在于防泄漏。 氮气(N₂)、氩气(Ar)等惰性气体输送：重点在于气体的纯净度保护，防止润滑油污染。可能需要采用磁力驱动或双端面机械密封等完全无油方案。轴承箱气封压力需精心控制，确保轴承润滑油蒸汽不反向渗入机壳。 二氧化碳(CO₂)、工业烟气输送：介质可能含有水分，形成酸性环境，腐蚀性增强。材料需升级为耐酸不锈钢（如316L）或更高等级合金。机壳底部需考虑排水设计。对于含尘烟气，进气需高效过滤，并可能需考虑叶轮的抗磨损处理（如喷涂耐磨涂层）。 混合无毒工业气体：需明确气体成分、比例、露点温度等全部物性参数，以便准确计算气体常数、绝热指数，进行正确的气动设计和强度校核。同时评估其腐蚀性、毒性（虽总体无毒，但个别成分可能有害）和爆炸极限。

选型与改造要点：当风机用于输送非空气介质时，不能简单套用空气风机的型号。必须向制造商提供完整的气体组分和工况条件（进气温度、压力、湿度等）。制造商会根据实际气体性质重新计算：

容积流量与质量流量的转换。 压力与功率的换算：风机产生的压比与介质密度关系不大，但压升（压力差）和轴功率与介质密度成正比。输送轻气体（如H₂）时，压升和轴功率显著小于空气；输送重气体时则更大。 性能曲线的变化：风机特性曲线（压力-流量曲线）通常是针对空气标定的，输送不同气体时需按密度比例进行换算。 材料兼容性：确定与气体长期接触下的材料耐受性。

六、结语

D(La)2521-1.70高速高压多级离心鼓风机，作为轻稀土镧提纯工艺流程中的关键动设备，其高效、稳定、可靠的运行是保障生产顺行和经济效益的基础。深入理解其型号含义、性能特点，熟练掌握其核心配件（如转子、轴承、密封）的工作原理和维护要点，并充分认识到输送不同工业气体时的特殊技术要求，是每一位风机技术管理人员和设备维护人员的必修课。

随着稀土材料需求的不断增长和提纯工艺的持续进步，对配套风机的效率、可靠性、智能化和适应性也提出了更高要求。未来，稀土提纯专用风机将朝着更高能效、更智能的状态监测与故障预警、更广泛的介质适应性和更长的免维护周期方向发展，为我国稀土产业的转型升级和高质量发展提供坚实的装备支撑。

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