轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机基础知识与D(La)1148-1.27型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、镧提纯、离心鼓风机、D(La)1148-1.27、风机配件、风机维修、工业气体输送、多级离心风机、稀土冶炼

引言

在稀土矿物提取与提纯领域，特别是轻稀土（铈组稀土）中的镧元素分离过程中，专用风机的选型与应用直接关系到生产效率和产品纯度。离心鼓风机作为稀土冶炼流程中的关键动力设备，承担着气体输送、气氛控制、浮选供气等多重任务。本文将系统阐述稀土矿提纯用离心鼓风机的基础知识，重点解析“D(La)1148-1.27”型高速高压多级离心鼓风机的技术特性，并深入探讨风机配件构成、维修保养要点以及工业气体输送的特殊要求。

一、稀土提纯工艺与风机选型概述

1.1 轻稀土镧提纯工艺特点

轻稀土（铈组稀土）主要包括镧、铈、镨、钕等元素，其提纯工艺通常包含矿石分解、浸出、萃取分离、沉淀煅烧等环节。镧元素作为轻稀土中的重要成员，在分离提纯过程中需要严格控制的温度、压力及气氛环境。各工序中，风机设备主要用于：

提供浮选工艺所需空气动力

输送反应过程所需的工业气体（如氮气保护气氛）

排出工艺过程中产生的烟气

为燃烧系统提供助燃空气

气力输送原料及中间产品

1.2 稀土提纯专用风机系列介绍

针对稀土提纯工艺的特殊需求，行业内开发了多个专用风机系列，每个系列都有其特定的应用场景和技术特点：

“C(La)”型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联结构，适用于中等压力、大流量工况，常用于稀土冶炼中的气体循环和通风系统。

“CF(La)”型系列专用浮选离心鼓风机：专为稀土浮选工艺设计，具有流量稳定、压力波动小的特点，确保浮选槽内气泡均匀分布。

“CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机：在CF系列基础上优化了密封结构和材料，适用于腐蚀性较强的浮选药剂环境。

“D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机：采用高速转子设计，能够提供更高的工作压力，适用于需要高压气体的分离工序和气体输送系统。

“AI(La)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，安装维护方便，适用于小流量、中低压力的气体加压环节。

“S(La)”型系列单级高速双支撑加压风机：采用双支撑结构和高速设计，运行平稳，振动小，适用于对振动敏感的精制工序。

“AII(La)”型系列单级双支撑加压风机：在AI系列基础上增加支撑点，提高了转子刚性，适用于中等流量和压力的工况。

二、D(La)1148-1.27型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号含义与技术参数解析

轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机D(La)1148-1.27型号的完整解读：

“D”代表D系列高速高压多级离心鼓风机，该系列采用多级叶轮和高速转子设计，能够提供较高的压比

“La”表示该风机专为镧提纯工艺设计和优化，材料选择和密封形式考虑了镧提纯过程中的介质特性

“1148”表示风机在设计工况下的流量为每分钟1148立方米，这是风机最重要的选型参数之一

“-1.27”表示风机出风口压力为1.27个大气压（表压），即相对于标准大气压的增压值为0.27个大气压

此型号中没有“/”符号，表示进风口压力为1个标准大气压（绝对压力）

该风机主要设计参数包括：

流量范围：1000-1300 m³/min（可调）

进口压力：标准大气压（101.325 kPa）

出口压力：127.8 kPa（绝对压力）

工作温度：-20℃至150℃（根据介质不同）

主轴转速：根据具体设计，通常在8000-12000 rpm之间

电机功率：约315-355 kW（根据具体工况计算）

效率：全压效率可达82-86%

2.2 结构特点与工作原理

D(La)1148-1.27型风机采用多级离心式结构，气体沿轴向进入风机，经过多级叶轮逐级增压，最后从出口排出。其主要结构组成包括：

进气室：采用流线型设计，减少进气阻力，保证气流均匀进入第一级叶轮。

多级叶轮：通常由5-8级后弯式叶轮串联组成，每级叶轮均采用高强度合金钢精密铸造，表面进行防腐处理。叶轮设计采用三元流理论，充分考虑稀土提纯过程中可能输送的气体特性。

扩压器：每级叶轮后设置无叶或有叶扩压器，将气体动能转化为压力能，提高风机效率。

蜗壳：采用对数螺旋线型设计，有效收集气体并进一步将速度能转化为压力能。

回流器：在多级风机中连接各级的气流通道，引导气体进入下一级叶轮。

2.3 在镧提纯工艺中的应用定位

D(La)1148-1.27型风机在镧提纯生产线中主要承担以下任务：

高压气体供应：为镧的氢还原工序提供高压氢气或氮氢混合气体，确保还原反应在最佳压力下进行。

气力输送：在镧氧化物输送过程中提供动力气体，实现物料的密闭输送，减少污染和损失。

气氛维持：在镧金属熔炼和铸造过程中，提供保护性气体（如氩气），防止金属氧化。

废气排放：在高温煅烧工序中，排出产生的工艺烟气，维持系统负压。

三、风机核心配件详解

3.1 风机主轴

主轴是风机的核心旋转部件，D(La)1148-1.27型风机主轴采用42CrMoA或同等等级合金钢锻造而成，经调质处理后硬度达到HB240-280。主轴设计充分考虑高速旋转下的临界转速问题，工作转速一般设计在一阶临界转速的75%以下。主轴上的轴承安装部位精度要求极高，圆柱度误差不超过0.005mm，表面粗糙度Ra≤0.4μm。针对稀土提纯过程中可能接触腐蚀性介质的情况，主轴表面可进行镀铬或喷涂陶瓷等防腐处理。

3.2 风机轴承与轴瓦

D(La)1148-1.27型风机采用滑动轴承，具体为可倾瓦轴承或椭圆瓦轴承，以适应高速旋转的稳定性要求。

轴瓦材料：通常采用锡锑铜合金（ChSnSb11-6）或铝基合金，内表面浇铸巴氏合金层，厚度约1-3mm。巴氏合金具有良好的嵌入性和顺应性，能在一定程度上容忍轴颈的轻微不对中和异物侵入。

轴承结构：可倾瓦轴承由3-5块独立瓦块组成，每块瓦块均可绕支点轻微摆动，形成最佳油楔，有效抑制油膜振荡。轴承间隙控制为轴颈直径的0.12%-0.15%，如对于φ120mm轴颈，间隙控制在0.14-0.18mm之间。

润滑系统：采用强制循环油润滑，油压通常维持在0.15-0.25MPa，进油温度控制在35-45℃，回油温度不超过65℃。

3.3 风机转子总成

转子总成包括主轴、各级叶轮、平衡盘、联轴器等组件。组装前每个叶轮都需进行静平衡和动平衡校正，整体转子在高速动平衡机上校正至G2.5级精度（根据ISO1940标准）。针对多级离心风机，还需特别注意转子热膨胀问题，设计适当的轴向间隙。在D(La)1148-1.27型风机中，转子轴向膨胀量可通过公式计算：轴向膨胀量等于材料线膨胀系数乘以工作温度与室温差值再乘以转子长度。通常采用膨胀系数为一点一乘以十的负五次方每摄氏度的材料，在温差一百摄氏度情况下，一米长转子的热膨胀约为一点一毫米。

3.4 密封系统

气封：采用迷宫密封，安装在叶轮进口和级间，减少内部泄漏。密封齿数通常为5-7道，齿尖厚度不超过0.1mm，与转子间隙控制在0.2-0.4mm。针对高压段，可采用阶梯式迷宫密封，提高密封效果。

油封：在轴承箱两端采用骨架油封或机械密封，防止润滑油泄漏。对于高速风机，通常采用双道油封设计，中间设置回油孔。

碳环密封：在输送特殊气体（如氢气、氦气等）时，采用碳环密封作为主轴密封。碳环材料为浸渍树脂或金属的高纯石墨，具有良好的自润滑性和密封性能。碳环密封间隙极小，通常为0.05-0.1mm，需配备密封气系统，将惰性气体（通常为氮气）注入密封腔，防止工艺气体泄漏和润滑油污染。

3.5 轴承箱

轴承箱为铸铁或铸钢件，设计有充分的刚度和阻尼特性，以吸收振动并保证轴承对中。箱体内部设有油槽、油孔和观察窗，便于润滑和检查。轴承箱与机壳之间采用止口定位，确保同心度。针对稀土提纯环境可能存在的腐蚀问题，轴承箱内表面可涂覆环氧防腐涂层。

四、风机维修与保养要点

4.1 日常维护

振动监测：每天记录风机轴承处的振动值，速度有效值不应超过四点五毫米每秒，位移峰值不应超过五十微米。振动突然增大往往是故障的先兆。

温度监控：轴承温度不应超过七十摄氏度，温升不超过四十摄氏度。润滑油进回油温差应在二十至三十摄氏度之间。

油品管理：每三个月取样分析润滑油，检查粘度、水分和颗粒污染。每年至少更换一次润滑油，换油时彻底清洗油箱。

密封检查：定期检查气封和油封的泄漏情况，碳环密封需检查密封气压力和流量是否正常。

4.2 定期检修

小修（每运行4000-6000小时）：

检查并紧固所有连接螺栓

清洗油过滤器、油冷却器

检查联轴器对中情况，调整偏差不超过零点零五毫米

检查密封间隙，必要时调整

清洗进气过滤器

中修（每运行16000-24000小时）：

包括所有小修内容

解体检查轴承和轴瓦，测量磨损量，巴氏合金层厚度小于零点五毫米时应重新浇铸

检查叶轮磨损和腐蚀情况，重点检查叶片进口边缘

检查主轴轴颈磨损和表面状况

校正转子动平衡

检查并清理蜗壳和扩压器流道

大修（每运行48000-72000小时或根据状态监测结果）：

包括所有中修内容

全面解体风机，检查所有部件

根据检查结果更换磨损超限的叶轮、轴瓦、密封等部件

对主轴进行无损检测（磁粉或超声波）

重新组装后进行机械运转试验，测试振动、温度、压力等参数

4.3 常见故障处理

振动异常：可能原因包括转子不平衡、轴承损坏、对中不良、基础松动或喘振。处理步骤：首先检查对中和基础紧固情况；然后分析振动频谱，判断故障类型；最后针对性处理，如重新平衡、更换轴承等。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或变质、轴承间隙不当、冷却系统故障或过载运行。处理措施：检查油位、油质和油压；清洗油冷却器；调整轴承间隙；检查风机是否在性能曲线允许范围内运行。

性能下降：表现为流量或压力不足，可能原因包括密封磨损导致内泄漏增加、叶轮磨损或腐蚀、进气过滤器堵塞或转速下降。应对方法：检查密封间隙；检查叶轮状况；清洗或更换过滤器；检查电机和传动系统。

喘振：风机在低流量高压力工况下可能发生喘振，表现为流量和压力剧烈波动，伴有异常噪音。防止措施：确保风机在稳定区运行；设置防喘振控制系统；保持进出口管路畅通。

五、工业气体输送的特殊考虑

5.1 不同气体介质的特性影响

稀土提纯过程中可能输送的气体介质多样，每种气体对风机设计和运行都有特殊要求：

空气：最常见的介质，风机设计以空气为基准。实际运行时需考虑当地大气压、温度和湿度的影响。

工业烟气：通常含有腐蚀性成分和固体颗粒，需选用耐腐蚀材料（如不锈钢、钛合金）和防磨损设计。进气口应设置高效过滤器和除雾器。

二氧化碳CO₂：密度大于空气，在相同工况下需要更大的驱动功率。CO₂在高压下可能液化，需确保最低工作温度高于临界点。

氮气N₂：惰性气体，化学性质稳定，但密度略低于空气。需注意密封性能，防止氧气渗入影响工艺。

氧气O₂：强氧化剂，所有与氧气接触的部件必须彻底脱脂，采用铜合金或不锈钢等不产生火花的材料。润滑系统必须与氧气完全隔离。

稀有气体（He、Ne、Ar）：通常分子量小，粘度低，容易泄漏。需要特别设计的密封系统，如双端面机械密封或干气密封。

氢气H₂：密度极小，极易泄漏和爆炸。风机需采用防爆设计和特殊密封，碳环密封配合氮气隔离是常用方案。运行中需严格控制壳体温度，防止氢脆现象。

混合无毒工业气体：需根据具体成分确定物性参数，特别注意是否有冷凝或反应可能。

5.2 气体性质对风机性能的影响规律

气体性质变化会直接影响风机的性能，主要影响参数包括：

气体密度：直接影响风机的压力能力和功率消耗。压力与密度成正比，功率与密度成正比。当输送气体密度变化时，风机性能可按照相似定律换算：新工况下压力等于原压力乘以新密度与原密度比值；新工况下功率等于原功率乘以新密度与原密度比值。

气体分子量：影响气体常数和密度，间接影响风机性能。轻气体需要更高的转速才能达到相同的压比。

绝热指数：影响压缩过程中的温升和功率。绝热指数大的气体压缩后温升更高，需要考虑材料的耐温性能。

粘度：影响雷诺数和效率。高粘度气体流动损失更大，风机效率会下降。

5.3 材料选择与防腐措施

针对不同气体介质，风机关键部件的材料选择原则：

与腐蚀性气体接触的部件：采用不锈钢（如304、316L）、哈氏合金、钛合金或衬塑、衬胶处理。

高速旋转部件：在满足强度要求的前提下考虑耐腐蚀性，如采用马氏体不锈钢或沉淀硬化不锈钢。

密封材料：根据介质特性选择，氧气用铜合金，酸碱性气体用氟橡胶或聚四氟乙烯，高温气体用石墨或陶瓷。

防腐涂层：流道内表面可喷涂环氧树脂、聚氨酯或陶瓷涂层，防止气体冷凝液腐蚀。

5.4 安全考虑

输送工业气体时，安全是首要考虑因素：

防泄漏设计：采用双重密封系统，设置泄漏检测和报警装置。

防爆措施：对于可燃气体，电机和电器元件采用防爆型，壳体设计能承受内部爆炸压力。

过载保护：设置振动、温度、压力等多重保护联锁，异常时自动停机。

排气处理：对于有毒有害气体，排气口设置处理装置，确保达标排放。

六、选型与应用建议

6.1 风机选型基本原则

为镧提纯工艺选择离心鼓风机时，需考虑以下因素：

工艺要求：明确所需流量、压力、气体成分、温度范围等参数，留出10-15%的设计余量。

系统特性：分析管路阻力曲线，确保风机工作点在高效区内，避免喘振和不稳定运行。

环境条件：考虑安装地点的海拔、环境温度、湿度等，对风机性能进行修正。

运行经济性：在满足工艺要求的前提下，选择效率高的风机，降低长期运行能耗。

维护便利性：考虑维修空间、备件供应和本地技术支持能力。

6.2 D(La)1148-1.27型风机的应用优化

在实际应用中，可通过以下方式优化D(La)1148-1.27型风机的运行：

变频调速：安装变频器，根据工艺需求调节风机转速，实现流量和压力的精确控制，节能效果显著。

智能控制：集成振动、温度、压力传感器，实现状态监测和预测性维护。

系统集成：将风机与前后工艺设备联动控制，如与压缩机、真空泵、反应釜等形成协调控制系统。

能量回收：对于排气压力较高的场合，可考虑安装膨胀机回收能量。

结论

轻稀土镧提纯专用离心鼓风机是稀土冶炼产业链中的关键设备，其性能直接影响产品质量和生产效率。D(La)1148-1.27型高速高压多级离心鼓风机针对镧提纯工艺的特殊需求设计，在流量、压力、材料选择和密封形式等方面都做了专门优化。正确的选型、安装、维护和使用，特别是针对不同工业气体介质的特殊处理，是保证风机长期稳定运行的关键。随着稀土提纯技术的不断进步和环保要求的提高，稀土专用风机也将向更高效率、更智能控制、更环保材料的方向发展，为稀土工业的可持续发展提供可靠装备保障。