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轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机:D(La)2430-2.69离心鼓风机技术解析

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:轻稀土提纯、铈组稀土、镧(La)提纯风机、D(La)2430-2.69、多级离心鼓风机、风机配件、风机修理、工业气体输送、稀土矿提纯设备

引言:稀土提纯与风机技术的紧密结合

在稀土矿产加工领域,特别是轻稀土(铈组稀土)的提纯过程中,离心鼓风机作为关键的气体输送与处理设备,发挥着不可替代的作用。轻稀土主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素,其提纯工艺涉及浮选、焙烧、气体输送等多个环节,对风机的性能、可靠性和适应性提出了特殊要求。本文将围绕轻稀土镧(La)提纯专用风机:D(La)2430-2.69型高速高压多级离心鼓风机展开详细说明,涵盖其工作原理、配件组成、维护修理及工业气体输送应用等方面,为从事稀土提纯的技术人员提供实用参考。

一、稀土提纯工艺与风机选型概述

轻稀土提纯是一个复杂的过程,通常包括矿石破碎、磨矿、浮选、焙烧、酸溶、萃取分离等步骤。在这些工艺环节中,风机主要承担以下功能:

浮选过程供气:为浮选机提供适宜压力和流量的空气,形成气泡,实现矿物分离 焙烧烟气处理:输送高温烟气,控制焙烧炉内的氧含量和温度分布 气体输送与循环:在萃取、分离过程中输送各种工艺气体 系统加压与真空:为不同工艺环节提供正压或负压环境

针对这些不同的工艺需求,风机厂家开发了多个系列专用产品,包括:

“C(La)”型系列多级离心鼓风机:适用于中等压力、大流量的工艺环节 “CF(La)”型系列专用浮选离心鼓风机:专门针对浮选工艺优化设计 “CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机:另一种浮选专用风机变型 “D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机:适用于高压、小流量的工艺环节 “AI(La)”型系列单级悬臂加压风机:结构紧凑,适用于空间受限场所 “S(La)”型系列单级高速双支撑加压风机:高速运转,效率较高 “AII(La)”型系列单级双支撑加压风机:传统双支撑结构,稳定性好

这些风机可根据输送介质的不同进行针对性设计,可输送气体包括: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)以及各种混合无毒工业气体。

二、D(La)2430-2.69型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号命名规则解读

在稀土提纯风机命名体系中,型号“D(La)2430-2.69”具有明确的含义:

“D”:表示该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机 “(La)”:表示该风机专为镧(La)提纯工艺设计优化 “2430”:表示风机流量为每分钟2430立方米 “-2.69”:表示风机出风口压力为2.69个大气压(绝压)

需要特别注意的是,在风机型号表示中,如果没有“/”符号,则表示进风口压力为1个大气压(标准大气压)。如果进风口压力不是标准大气压,则会使用“/”分隔进、出口压力参数。

作为对比,型号“D(La)300-1.8”表示:D系列风机,镧提纯专用,流量每分钟300立方米,出风口压力1.8个大气压,进风口压力为1个大气压。这种风机通常与跳汰机配套使用,选型时需要根据具体工艺参数确定。

2.2 D(La)2430-2.69基本参数与性能特点

D(La)2430-2.69型风机是针对轻稀土镧提纯工艺中高压气体输送需求特别设计的,其主要技术特点包括:

高压性能:出口压力达到2.69个大气压,能够满足稀土提纯中需要较高气体压力的工艺环节,如某些特殊的氧化焙烧或气体循环过程。 多级设计:采用多级叶轮串联结构,每级叶轮逐级提高气体压力,最终达到设计压力值。多级设计使得每级叶轮都能在较高效率点工作,整体效率优于单级风机达到相同压力的情况。 高速运转:采用高速电机或通过增速齿轮箱提高转速,通常转速在3000-10000rpm范围内,具体取决于设计参数。高速设计使风机结构更紧凑,同时满足高压需求。 材料特殊性:针对稀土提纯工艺中可能接触腐蚀性气体的特点,过流部件(如叶轮、机壳)采用耐腐蚀材料,如不锈钢、特种合金或表面防腐处理。 密封要求高:由于输送气体可能具有毒性、腐蚀性或昂贵特性,密封系统设计尤为重要,通常采用碳环密封、迷宫密封等多种密封组合形式。

2.3 工作原理与气动设计

D(La)2430-2.69型离心鼓风机基于离心力原理工作:当电机驱动风机主轴旋转时,固定在主轴上的叶轮随之高速旋转,叶轮流道中的气体在离心力作用下被加速甩出,进入蜗壳状机壳中。在蜗壳中,气体的部分动能转换为压力能,然后排出风机。

对于多级离心鼓风机,气体从第一级叶轮排出后,进入第二级叶轮入口,再次获得能量,压力进一步提高。如此逐级增压,直至最后一级排出所需压力气体。

风机的气动性能可通过风机基本方程式描述:风机产生的理论压力与叶轮圆周速度的平方成正比,与气体密度成正比。实际压力由于各种损失而低于理论值,这些损失包括流动损失、泄漏损失、轮阻损失等。

流量-压力特性曲线是风机选型的关键依据。D(La)2430-2.69在设计点(流量2430立方米/分钟,压力2.69大气压)附近具有较高效率。当系统阻力变化时,风机的工作点会沿特性曲线移动,因此在实际应用中需要确保风机在高效区运行。

三、风机关键配件详解

3.1 风机主轴

主轴是离心鼓风机的核心部件,承载所有旋转零件并传递扭矩。D(La)2430-2.69的主轴设计具有以下特点:

材料选择:通常采用高强度合金钢,如42CrMo、35CrMo等,经过调质处理,保证足够的强度、韧性和耐磨性。 精度要求:主轴加工精度要求高,特别是轴承安装部位、叶轮安装部位,通常需要磨削加工,保证尺寸精度和形位公差。 临界转速:设计时必须计算主轴的临界转速,确保工作转速远离临界转速区域,一般要求工作转速低于第一阶临界转速的70%或高于第二阶临界转速的130%。 平衡要求:主轴本身需要做动平衡,通常要求达到G2.5或更高精度等级。

3.2 风机轴承与轴瓦

D(La)2430-2.69作为高速高压风机,通常采用滑动轴承(轴瓦)而非滚动轴承,原因在于滑动轴承更适合高速重载工况:

轴瓦材料:常用巴氏合金(白合金)作为轴瓦衬里材料,这种材料具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力。 润滑系统:配备强制循环润滑系统,包括油箱、油泵、冷却器、过滤器等,确保轴承处于良好的液体润滑状态。 轴承间隙:轴瓦与轴颈之间的径向间隙需要严格控制,通常按轴颈直径的千分之1.2到千分之1.5设计,具体值根据转速、载荷和油粘度确定。 温度监控:轴瓦设置温度传感器,实时监测轴承温度,防止因润滑不良导致的烧瓦事故。

3.3 风机转子总成

转子总成是风机的旋转部件总称,包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等:

叶轮:多级风机每级都有一个叶轮,叶轮形式通常为后向或径向,采用焊接或铆接工艺制造。材料根据输送气体性质选择,腐蚀性气体场合使用不锈钢或钛合金。 平衡盘:用于平衡多级叶轮产生的轴向力,减少推力轴承的负荷。平衡盘与平衡鼓(或平衡活塞)配合,形成压力平衡系统。 转子动平衡:组装后的转子必须进行高速动平衡,平衡精度通常要求达到ISO G1.0等级,确保风机平稳运行。 过盈配合:叶轮与主轴通常采用过盈配合,加热装配,确保在高速旋转下不会松动。

3.4 密封系统

密封系统对于防止气体泄漏、保持风机效率至关重要,D(La)2430-2.69采用多重密封:

碳环密封:由多个碳环组成的密封装置,碳环在弹簧力作用下与轴保持接触,形成密封。碳环密封适用于高速旋转轴,允许少量磨损而不影响密封效果。 迷宫密封:由一系列节流齿和膨胀空腔组成,气体通过多次节流膨胀达到密封效果,属于非接触式密封,无磨损,寿命长。 气封:在特定位置引入密封气(通常为干净、干燥的空气或惰性气体),形成气幕阻止工艺气体泄漏。 油封:在轴承箱与大气接触部位设置油封,防止润滑油泄漏。 干气密封:对于输送易燃易爆或有毒气体的场合,可能采用干气密封作为主密封,这是一种非接触式机械密封,可靠性高。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱承载风机转子,内部安装滑动轴承,设有油路和监测装置:

箱体结构:通常为铸铁或铸钢件,具有足够的刚性和减振性能。 油封与防尘:轴承箱两端设有油封,防止润滑油泄漏和灰尘进入。 润滑油路:箱体内部设计合理的油路,确保润滑油能够充分润滑轴承并带走热量。 润滑系统:包括主油泵、辅助油泵、油箱、冷却器、过滤器、调节阀等。主油泵通常由主轴驱动,辅助油泵为电动泵,在启动和停机时使用。

四、风机常见故障与修理维护

4.1 日常维护要点

振动监测:定期检测风机轴承座振动值,记录趋势变化。振动增大往往是故障的先兆。 温度监测:监控轴承温度、润滑油温度,确保在允许范围内。 润滑油管理:定期化验润滑油,根据化验结果确定换油周期;保持合适的油位;定期清洗或更换滤芯。 密封检查:检查各密封点有无泄漏,碳环密封的磨损情况。 性能监测:记录风机的流量、压力、电流等参数,与设计值对比,发现异常及时分析。

4.2 常见故障与处理

振动超标 可能原因:转子不平衡、对中不良、轴承损坏、基础松动、喘振 处理方法:重新动平衡转子、重新对中、更换轴承、紧固地脚螺栓、调整工况避免喘振 轴承温度高 可能原因:润滑油不足或变质、轴承间隙不合适、冷却效果差、负荷过大 处理方法:检查油位和油质、调整轴承间隙、清洗冷却器、检查系统阻力 风量风压不足 可能原因:过滤器堵塞、密封间隙过大、转速下降、叶轮磨损或结垢 处理方法:清洗过滤器、调整密封间隙、检查驱动装置、清洁或更换叶轮 异常噪音 可能原因:轴承损坏、转子与静止件摩擦、喘振、齿轮箱故障(如有) 处理方法:停机检查,确定噪音源后针对性处理

4.3 大修内容与周期

D(La)2430-2.69型风机的大修周期通常为2-3年,或累计运行16000-24000小时,大修内容包括:

转子部分:抽出转子,检查叶轮磨损腐蚀情况,测量主轴直线度,检查动平衡。 轴承部分:检查轴瓦磨损情况,测量轴承间隙,必要时刮研或更换轴瓦。 密封部分:检查更换碳环密封、迷宫密封齿,检查密封间隙。 对中检查:重新检查并调整电机与风机的对中。 润滑系统:彻底清洗油箱、油路,更换润滑油。 性能测试:大修后测试风机性能,确保达到设计要求。

五、工业气体输送特殊考虑

5.1 不同气体的特性与风机适应性

D(La)2430-2.69型风机在稀土提纯中可能输送多种气体,不同气体对风机设计有不同要求:

空气:最常用介质,按标准空气密度设计即可。 二氧化碳(CO₂):密度大于空气,相同工况下风机所需功率增大;可能含有水分形成碳酸,需注意材料防腐。 氮气(N₂):性质接近空气,但密度略低,需注意流量换算。 氧气(O₂):助燃气体,需特别注意禁油处理,所有与氧气接触的零件需脱脂清洗,密封需特殊考虑。 氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar):惰性气体,密度与空气差异较大,需重新计算风机性能曲线。 氢气(H₂):密度小,易泄漏,易燃易爆,密封要求极高,通常采用干气密封。

5.2 气体密度变化对风机性能的影响

当输送气体密度变化时,风机性能将按以下规律变化:

压力与气体密度成正比 功率与气体密度成正比 流量基本不变(体积流量)

因此,当输送气体密度不同于设计密度时,必须重新计算风机的实际压力和所需功率,防止电机过载或压力不足。

5.3 腐蚀性气体输送的防护措施

稀土提纯过程中可能产生含氟、含硫等腐蚀性气体,对风机材料提出特殊要求:

材料升级:过流部件采用耐腐蚀材料,如不锈钢316L、哈氏合金、钛材等。 表面处理:对普通碳钢部件进行防腐涂层处理,如喷涂聚四氟乙烯(PTFE)或其他防腐涂层。 温度控制:控制气体温度在露点以上,防止冷凝酸形成。 冲洗系统:对于易结垢介质,设置冲洗系统,定期冲洗叶轮和流道。

5.4 防爆要求

当输送易燃易爆气体或气体中含有易燃成分时,风机需满足防爆要求:

防爆电机:选用相应防爆等级的电机。 静电消除:确保风机良好接地,防止静电积聚。 密封可靠:采用多重密封,确保易燃气体不泄漏到大气中。 安全监控:设置气体泄漏检测报警装置。

六、风机选型与工艺匹配

6.1 选型基本原则

为稀土提纯工艺选择风机时,需考虑以下因素:

工艺要求:确定所需流量、压力、气体成分、温度等基本参数。 系统特性:了解管网阻力特性,绘制系统阻力曲线,与风机性能曲线匹配。 运行范围:考虑工艺波动范围,确保风机在高效区内运行。 备用方案:重要工艺环节考虑备用风机或采用多台并联。

6.2 D(La)2430-2.69的典型应用场景

该型号风机适用于以下稀土提纯环节:

高压氧化焙烧:为焙烧炉提供高压空气或氧气,促进稀土精矿的氧化分解。 气体循环:在封闭工艺系统中循环气体,维持特定气体成分。 尾气处理:输送尾气至处理装置,满足环保要求。 特殊反应供气:为某些高压反应提供反应气体。

6.3 节能措施

稀土提纯是高能耗过程,风机节能尤为重要:

变频调速:根据工艺需求调节风机转速,避免节流损失。 高效叶型:采用先进的三元流叶轮设计,提高效率。 系统优化:优化管网设计,减少不必要的阻力损失。 余热回收:对于输送高温气体的风机,考虑能量回收。

七、未来发展趋势

随着稀土提纯技术的进步,对风机的要求也在不断提高:

智能化:集成传感器和控制系统,实现状态监测、故障预警和智能调节。 材料创新:开发更耐腐蚀、耐高温的新型材料,延长风机寿命。 高效化:通过CFD优化和气动设计,不断提高风机效率。 专用化:针对特定稀土元素提纯工艺开发更专用的风机型号。 环保化:降低噪音、减少泄漏,满足更严格的环保要求。

结语

D(La)2430-2.69型高速高压多级离心鼓风机作为轻稀土镧提纯工艺中的重要设备,其合理选型、正确使用和维护保养对于保障稀土生产线的稳定运行、提高产品质量和降低能耗具有重要意义。随着我国稀土产业的持续发展,对高性能、高可靠性风机的需求将不断增长,风机技术也将不断进步,为稀土工业的发展提供更强有力的支撑。

从事风机技术工作的同行们应不断学习新知识、掌握新技术,结合稀土提纯工艺特点,优化风机设计与应用,为我国稀土产业的发展贡献自己的力量。如有技术交流需求,欢迎联系作者共同探讨。

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