轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机基础技术解析:以D(La)1345-1.34型离心鼓风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：稀土提纯、离心鼓风机、D(La)1345-1.34、风机配件、风机维修、工业气体输送、多级离心风机、风机选型

引言

在稀土分离提纯工艺中，特别是轻稀土(铈组稀土)中镧(La)元素的提取过程，气体输送设备的技术性能直接影响着生产效率和产品质量。离心鼓风机作为这一流程中的核心动力设备，其选型、运行和维护都具有高度的专业性和特殊性。本文将围绕轻稀土镧提纯专用风机D(La)1345-1.34这一典型设备，系统阐述其技术原理、结构特点、配件系统及维护要点，并对稀土工业中各类气体输送风机的技术特征进行综合分析。

第一章 轻稀土提纯工艺对风机的特殊要求

1.1 稀土分离工艺概述

轻稀土(铈组稀土)主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素，其分离提纯多采用溶剂萃取、离子交换、氧化还原等化学工艺。在这些工艺中，气体输送设备承担着氧化剂输送、气氛控制、物料流态化、尾气处理等关键功能，需要风机具备稳定的压力输出、精确的流量控制以及良好的介质适应性。

1.2 工艺气体特性分析

镧提纯过程中涉及的气体介质复杂多样：空气用于氧化工序；氮气用于保护性气氛；特殊工艺段可能使用氩气等惰性气体。这些气体在密度、粘度、腐蚀性、爆炸性等方面差异显著，要求风机在设计时必须充分考虑介质特性，进行针对性优化。

1.3 工况环境特殊性

稀土化工厂环境常存在腐蚀性气氛，设备可能接触酸雾、碱雾等腐蚀介质。同时，连续生产对设备可靠性要求极高，任何非计划停机都会造成重大经济损失。因此，用于稀土提纯的风机必须具备优异的耐腐蚀性能、长期运行的稳定性以及便捷的维护特性。

第二章 D(La)1345-1.34型高速高压多级离心鼓风机技术解析

2.1 型号编码体系解读

遵循行业通用编码规则，“D(La)1345-1.34”这一完整型号包含以下技术信息：

系列标识：“D”代表高速高压多级离心鼓风机系列，专为高压头、大流量工况设计

介质标识：“(La)”明确指定该风机优化设计用于镧提纯工艺，材料选择和密封配置均针对此特定应用

流量参数：“1345”表示风机在标准状态下的额定流量为每分钟1345立方米

压力参数：“-1.34”表示风机出口设计压力为1.34个大气压（表压约0.34kgf/cm²）

进口压力默认值：型号中未出现“/”分隔符，表示进口压力为标准大气压（1个绝对大气压）

2.2 设计参数与技术特征

D(La)1345-1.34型风机是基于空气动力学原理和转子动力学理论设计的精密设备。其设计点参数通常包括：

设计流量：1345 m³/min（可根据工况在±10%范围内调节）

出口压力：1.34 atm（绝对压力）

进口压力：1.0 atm（绝对压力）

压力升高值：0.34 atm（约34.4 kPa）

工作温度范围：-20℃～120℃（取决于密封和润滑系统配置）

主轴转速：根据具体设计，通常在5000-12000 rpm之间

气动性能特点：该型号采用多级叶轮串联设计，每级叶轮产生的压力增加量符合欧拉涡轮机方程描述的基本原理，即气体获得的能量与叶轮进出口处圆周速度变化和相对速度变化相关。多级累积效应使得在相对紧凑的结构下实现较高的压比成为可能。

2.3 结构组成与核心部件

D系列风机采用轴向剖分或垂直剖分结构，便于维护检修。主要组成包括：

1. 转子系统：

主轴：采用高强度合金钢锻造，经调质处理和高精度加工，确保在高速旋转下的力学性能。临界转速计算确保工作转速远离共振区域，一般要求一阶临界转速高于工作转速的125%

叶轮组：每级叶轮均采用后弯式设计，叶片型线基于三元流理论优化。材料通常选用不锈钢或特种合金，以适应可能存在的腐蚀环境。叶轮与主轴采用过盈配合加键连接，确保传递大扭矩时的可靠性

2. 定子系统：

机壳：高强度铸铁或焊接钢结构，设计压力通常为工作压力的1.5倍以上。流道型面光滑，减少气体流动损失

扩压器：每级叶轮后设置无叶或有叶扩压器，将动能高效转化为压力能

回流器：引导气体进入下一级叶轮，设计时注重降低流动损失和流动不均匀性

3. 密封系统：

级间密封：采用迷宫密封或碳环密封，控制级间泄漏。碳环密封因其自润滑特性和良好追随性，在D系列中广泛应用

轴端密封：根据气体性质可选择迷宫密封、机械密封或干气密封。对于可能含有腐蚀性成分的工艺气体，常采用双端面机械密封辅以隔离液系统

气封系统：向特定部位注入清洁气体（如氮气），防止工艺气体泄漏或外部空气渗入

4. 轴承与润滑系统：

径向轴承：多采用可倾瓦滑动轴承，具有良好的稳定性，能够抑制油膜振荡。瓦块背部由支点支撑，可随载荷和转速变化自动调整角度，形成最佳油膜

推力轴承：米切尔式或金斯伯里式滑动轴承，承受转子轴向推力。设计中精确计算推力载荷，确保足够的承载面积

轴承箱：作为轴承支撑结构，确保轴承座的对中精度和刚性。箱体设计考虑热膨胀因素，避免运行中产生附加应力

润滑系统：强制循环油系统，包括主辅油泵、油冷却器、过滤器、蓄能器等，确保轴承和齿轮（如果有时）的充分润滑和冷却

第三章 风机核心配件技术详解

3.1 转子总成动态平衡技术

转子总成包括主轴、所有叶轮、平衡盘、联轴器组件等旋转部件。平衡精度直接决定振动水平和使用寿命。D(La)系列风机要求转子进行多平面动平衡，最终剩余不平衡量控制在G2.5级或更高精度。平衡校正采用去重法或增重法，确保在最高工作转速下，振动速度值不超过4.5 mm/s（均方根值）。

3.2 滑动轴承与轴瓦技术

轴瓦作为滑动轴承的核心部件，其性能至关重要：

材料选择：巴氏合金（锡基或铅基）衬层厚度通常为1-3mm，与钢背结合强度需大于60 MPa。巴氏合金具有优异的顺应性、嵌藏性和抗胶合性能

几何参数：轴承间隙比（半径间隙/轴颈半径）一般在0.001-0.002之间，过小易导致温升过高，过大则降低稳定性。长径比多在0.6-1.0范围内优化选择

润滑设计：进油口位于轴承非承载区，油槽不延伸到承载区，避免破坏油膜连续性。油膜压力分布符合雷诺方程描述规律，最大油膜压力处设置测温点监控

3.3 碳环密封系统

碳环密封由多个碳环段组成，依靠弹簧箍紧力提供初始抱紧力，运行时依靠气体压力差实现自紧式密封：

材料特性：密封环采用高强度石墨材料，添加金属或陶瓷增强相，摩擦系数低于0.15，具有良好的自润滑性和化学惰性

结构设计：每个密封由多个环段组成，允许径向浮动，补偿轴的小幅偏摆和振动。环间采用止口定位，防止周向转动

失效模式：主要失效形式包括过度磨损、环段卡死、弹簧失效等。监控密封气泄漏量是判断密封状态的重要手段

3.4 进口导叶与调节系统

部分D系列风机配置进口导叶调节装置，通过改变进入第一级叶轮的气流预旋角，实现流量和压力的调节。调节范围可达额定流量的40%-100%，效率下降相对平缓。导叶片型线基于翼型理论设计，转动机构采用电动或气动执行器，定位精度通常要求±0.5°。

第四章 风机维护、修理与故障诊断

4.1 日常维护要点

振动监测：定期记录轴承座振动值，关注趋势变化。振动加速度突然增加可能预示早期故障

温度监控：轴承温度、润滑油温、密封气温差均在监控范围内。滑动轴承金属温度一般不超过85℃，温升不超过40℃

性能参数记录：定期测试并记录流量、压力、电流等参数，绘制性能曲线，与原始曲线对比判断内部磨损情况

润滑油管理：定期取样分析润滑油，监测水分、酸值、金属颗粒含量等指标。换油周期一般为8000-12000运行小时

4.2 定期检修内容

小修（每3-6个月）：

检查并紧固所有连接螺栓

清洗油过滤器，更换滤芯

检查联轴器对中情况，调整偏差

检查密封气系统，清洁过滤器

中修（每1-2年）：

拆卸检查轴承间隙，测量轴瓦磨损量

检查密封环磨损情况，更换达到磨损极限的部件

检查叶轮结垢和腐蚀情况，必要时进行清洗或动平衡复校

校验所有监测仪表和安全保护装置

大修（每4-6年或根据状态评估）：

转子总成全面检查：磁粉探伤检查主轴，着色检查叶轮焊缝

更换全部密封件和轴承衬套

检查机壳流道腐蚀情况，修复损伤部位

转子重新动平衡，精度恢复到出厂标准

机组重新对中，试车验收

4.3 常见故障分析与处理

振动异常：

不平衡振动：特征为1倍频主导，相位稳定。需清理叶轮积垢或重新平衡

不对中振动：2倍频特征明显，轴向振动大。重新对中联轴器

油膜涡动/振荡：半频或略低于半频成分，常伴有噪声。调整轴承间隙、油温或润滑油粘度

性能下降：

流量不足：检查过滤器堵塞、密封间隙过大、进口导叶位置

压力不足：检查叶轮磨损、扩压器流道积垢、密封泄漏

功耗增加：检查机械摩擦、气体密度变化、内部流道粗糙度增加

轴承故障：

巴氏合金脱落：润滑不良或过载导致。需更换轴瓦，改进润滑

轴颈划伤：润滑油污染或颗粒进入轴承。研磨轴颈至规定粗糙度

推力轴承过载：平衡盘密封失效或工况变化。检查平衡管是否畅通

第五章 稀土工业气体输送风机选型与应用

5.1 各系列风机技术特点比较

在稀土提纯领域，除D系列外，其他系列风机各有其适用场景：

“C(La)”型多级离心鼓风机：

中压头、大流量应用

结构相对简单，维护方便

适用于萃取槽曝气、氧化槽搅拌等场合

“CF(La)”与“CJ(La)”型浮选专用风机：

针对浮选工艺优化，压力曲线陡峭

抗堵塞设计，适应含有微量固体的气体

常用于稀土原矿浮选工序

“AI(La)”型单级悬臂加压风机：

结构紧凑，占地面积小

适用于小流量、中低压头场合

常用于实验室或中试线

“S(La)”型单级高速双支撑风机：

转速高，单级即可获得较高压头

双支撑结构刚性好，振动小

适用于需要紧凑布置的中压应用

“AII(La)”型单级双支撑加压风机：

传统可靠设计，适用范围广

维护简单，备件通用性强

常用于辅助系统和备用系统

5.2 不同工艺气体输送要点

空气：

常规介质，主要关注过滤和防腐蚀

注意空气中可能含有水分，冬季需防结冰

工业烟气：

成分复杂，可能含尘、含腐蚀性成分

需前置除尘、除雾装置

风机材料选择耐腐蚀等级更高的牌号

二氧化碳(CO₂)：

密度大于空气，相同工况下功耗增加

注意纯度要求，防止污染工艺

密封系统需特别设计，防止泄漏

氮气(N₂)、氩气(Ar)等惰性气体：

窒息风险，设备区域需氧气浓度监测

密封要求极高，防止空气渗入影响纯度

材料选择避免与气体发生反应

氢气(H₂)：

密度小，泄漏倾向大，爆炸极限宽

需防爆设计和认证

轴承设计和密封系统需特殊考虑

氧气(O₂)：

强氧化性，禁止油脂接触

所有接触部件需脱脂处理

材料选择抗氧化性能优异的牌号

5.3 选型计算基本原则

风机选型需要综合考虑工艺要求、介质特性、安装环境和运行经济性。基本步骤包括：

确定设计点：根据工艺要求确定最大流量、所需压力、进口条件（压力、温度、湿度）

介质修正：将实际气体参数换算到标准空气状态，比较不同气体下的性能变化

系列选择：根据压力-流量范围初选风机系列

型号确定：在性能曲线图上标出设计点，选择效率最高的型号

配置确定：确定密封型式、材料等级、调节方式、驱动方式等

安全校核：检查旋转部件强度、临界转速、防爆要求等安全指标

选型中常用到风机定律：流量与转速成正比；压力与转速平方成正比；功率与转速立方成正比。在密度变化时，压力与密度成正比，功率也与密度成正比。

第六章 D(La)1345-1.34在镧提纯中的实际应用

6.1 在氧化工序中的应用

在镧的氧化提纯过程中，D(La)1345-1.34通常用于向反应器提供精确控制的氧化气氛。通过调节风机转速或进口导叶开度，可以精确控制氧气分压，从而控制氧化反应速率和程度。实际运行中，需要与氧气分析仪、压力传感器等组成闭环控制系统。

6.2 与跳汰机配套使用

在重选工序中，跳汰机需要稳定压力的气流产生脉动水流。D(La)1345-1.34提供的1.34 atm稳定压力非常适合此类应用。配套时需要注意：

设置缓冲罐消除压力脉动

根据矿石粒度和比重调整风压和频率

考虑跳汰机与风机的联动控制策略

6.3 能效优化实践

稀土分离是高能耗过程，风机能耗占比较大。针对D(La)1345-1.34的节能措施包括：

采用变频驱动，根据实际需求调节流量，避免节流损失

优化管路系统，减少不必要的压降

定期清洗叶轮和流道，维持高效运行状态

回收部分废气能量（如通过透平膨胀机）

实际运行数据显示，一台维护良好的D(La)1345-1.34风机，效率可保持在82%-86%之间，而缺乏维护的设备可能降至75%以下。

结论与展望

轻稀土镧提纯用离心鼓风机是连接工艺设计与实际生产的关键设备，其技术性能直接影响产品质量和生产成本。D(La)1345-1.34作为高速高压多级离心鼓风机的典型代表，体现了现代风机技术在高效率、高可靠性、易维护方面的综合进步。

随着稀土工业向精细化、绿色化方向发展，对风机技术也提出了更高要求：智能化监测与故障预测、更高效率的气动设计、新型密封技术的应用、适应极端工况的材料开发等，都将成为未来发展的重点方向。作为风机技术人员，我们需要深入理解工艺需求，掌握设备核心技术，通过精心选型、正确安装、科学维护，使风机设备在稀土提纯这一国家战略性产业中发挥最大效能。