轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机:D(La)1988-2.7型高速高压多级离心鼓风机技术与应用解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈组稀土、镧元素分离、离心鼓风机、D(La)1988-2.7、风机配件、风机维修、工业气体输送、多级离心技术

第一章 稀土矿提纯与离心鼓风机技术概述

稀土元素作为战略资源，在现代高科技产业中具有不可替代的地位。轻稀土又称铈组稀土，主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素，其提取与纯化过程涉及复杂的物理化学工艺。在这些工艺中，气体输送与分离设备发挥着至关重要的作用，离心鼓风机便是其中的核心装备之一。

离心鼓风机通过高速旋转的叶轮将机械能转化为气体动能与压力能，为稀土提纯过程中的浮选、氧化、还原、输送等环节提供稳定可靠的气源。针对轻稀土特别是镧元素的提纯工艺，风机需要满足特定的压力、流量、耐腐蚀性和稳定性要求。我国风机行业为此研发了多个专用系列，包括“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以及“AII(La)”型系列单级双支撑加压风机。

这些风机可输送的气体介质十分广泛，涵盖空气、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，充分适应稀土提纯过程中的不同工艺需求。

第二章 D(La)1988-2.7型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号命名规范与技术含义

在风机行业中，型号编码是设备技术参数的集中体现。以“D(La)1988-2.7”为例，其解读如下：

“D”：代表D系列高速高压多级离心鼓风机，该系列特点是采用多级叶轮串联结构，通过逐级增压实现较高的出口压力，同时保持较高的运行效率。

“(La)”：表明该风机专门针对镧元素提纯工艺进行了优化设计，包括材料选择、密封形式、流道设计等方面都考虑了镧提纯过程的特殊要求。

“1988”：表示风机在设计工况下的流量为每分钟1988立方米。这是风机最重要的选型参数之一，直接决定了设备的气体输送能力。

“-2.7”：表示风机出风口压力为2.7个大气压（绝对压力）。这里需要特别说明的是，如果没有“/”符号分隔，则表示进风口压力为标准大气压（1个大气压）。这一压力参数对于稀土浮选过程尤为重要，直接影响气泡生成的大小和分布。

作为对比，“D(La)300-1.8”型风机表示同系列中流量为每分钟300立方米、出口压力为1.8个大气压的设备，主要用于与跳汰机配套的小规模选型。

2.2 设计特点与性能优势

D(La)1988-2.7型风机专为中等规模镧提纯生产线设计，其主要技术特点包括：

结构设计方面：采用多级叶轮串联布局，每一级叶轮都对气体进行增压，总压比等于各级压比的乘积。根据离心风机压力计算公式，风机全压等于气体密度乘以叶轮出口周向速度的平方再乘以压力系数。多级设计使得在单级叶轮转速不过高的情况下，仍能获得较高压力，提高了设备可靠性和寿命。

材料选择方面：接触气体的过流部件采用耐腐蚀不锈钢或特种合金，特别是考虑到稀土提纯过程中可能接触的酸性或碱性介质。叶轮材料还需满足高速旋转下的强度要求，通常采用高强度铝合金或不锈钢精密铸造而成。

效率特性方面：通过优化叶轮叶片型线、扩压器设计和回流器结构，使风机在设计点附近具有较高的效率。效率计算公式可表述为风机有效功率与轴功率的比值乘以百分之百，D(La)系列风机设计点效率通常可达82%-85%。

调节性能方面：支持进口导叶调节、变速调节等多种流量调节方式，能够适应稀土提纯过程中工况变化的需求，实现节能运行。

第三章 风机核心配件详解

3.1 风机主轴系统

主轴是离心鼓风机的核心承载部件，D(La)1988-2.7型风机的主轴采用高强度合金钢锻造，经过调质处理、精密加工和动平衡校正。主轴设计需满足以下要求：

临界转速必须高于工作转速的百分之三十，避免共振现象

轴颈部位表面硬度高、耐磨性好，通常采用表面淬火或镀层处理

与叶轮配合的轴段设计有防松结构，确保高速旋转下叶轮不松动

3.2 轴承与轴瓦系统

高速高压离心鼓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速重载条件下具有更好的稳定性和更长的使用寿命。D(La)1988-2.7型风机的轴承系统特点：

轴瓦材料：采用巴氏合金或铜基合金，具有良好的嵌入性和顺应性，能在油膜形成不良时提供应急保护

润滑系统：配备强制循环油润滑系统，确保轴承形成稳定的动压油膜。油膜压力分布符合雷诺方程描述规律，最小油膜厚度需满足安全运行要求

温度监控：轴承部位安装多点温度传感器，实时监控轴承运行状态

3.3 转子总成

转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等旋转部件的组合体，其动平衡精度直接决定风机振动水平。D(La)1988-2.7的转子总成特点：

每级叶轮单独进行动平衡，然后整体组装后进行转子动平衡

平衡精度达到G2.5级（根据ISO1940标准），确保高速运转平稳

叶轮与主轴采用过盈配合加键连接，部分机型采用液压装配技术

3.4 密封系统

密封系统防止气体泄漏和油液进入流道，主要包括：

气封：通常采用迷宫密封，利用多次节流效应减少气体泄漏。密封间隙根据气体性质和压力计算确定，一般在0.2-0.5毫米

碳环密封：在轴端采用碳石墨环密封，具有良好的自润滑性和耐磨性，特别适合不允许油污染的应用场合

油封：防止润滑油从轴承箱泄漏，采用多唇口密封或机械密封

3.5 轴承箱与机壳

轴承箱：为轴承提供稳定的支撑环境，内部设有合理的油路和回油结构，箱体设计有足够的刚性，避免变形影响轴承对中

机壳：采用铸铁或焊接钢结构，分为水平剖分或垂直剖分形式。D(La)1988-2.7采用水平剖分，便于检修内部组件。机壳设计需考虑压力容器的相关规范要求

第四章 风机维护、修理与故障处理

4.1 日常维护要点

润滑系统维护：定期检查润滑油油位、油质，按时更换润滑油和滤芯。润滑油粘度需根据季节温度变化调整

振动监测：每日记录风机振动值，建立趋势图。振动速度有效值不应超过4.5毫米每秒（根据GB/T 6075标准）

温度监控：监测轴承、电机、润滑油温度，异常升温往往是故障前兆

密封检查：定期检查各密封点有无泄漏，特别是碳环密封的磨损情况

4.2 常见故障与修理

4.2.1 振动超标

可能原因：转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动
修理方法：重新进行动平衡校正；检查并重新对中；更换轴承；加固基础

4.2.2 轴承温度高

可能原因：润滑油不足或变质；轴承间隙不当；冷却系统故障
修理方法：更换或补充润滑油；调整轴承间隙；清洗冷却器

4.2.3 压力流量下降

可能原因：过滤器堵塞；密封间隙过大；叶轮磨损或结垢
修理方法：清洗或更换过滤器；调整或更换密封件；清洗或更换叶轮

4.2.4 异常噪声

可能原因：喘振现象；部件松动；轴承损坏
修理方法：调整运行工况避开喘振区；紧固松动部件；更换轴承

4.3 大修要点

D(La)1988-2.7型风机每运行约24000小时或3-4年需进行大修，内容包括：

全面解体：按顺序拆卸各部件，做好标记

尺寸检测：测量各配合间隙，与原始记录对比

转子检修：检查叶轮腐蚀、磨损情况，必要时修复或更换；重新进行动平衡

轴承轴瓦评估：测量轴瓦磨损量，超过极限值需重新浇铸或更换

密封更换：所有密封件原则上大修时均应更换

对中校正：大修后必须重新进行主机与电机的对中，对中误差应小于0.05毫米

第五章 稀土提纯工艺中的工业气体输送应用

5.1 不同气体介质的输送特点

稀土提纯过程中需要输送多种工业气体，不同气体对风机的要求各异：

氧气(O₂)：助燃气体，输送时需严格禁油，防止爆炸。密封材料需耐氧化

氮气(N₂)：惰性保护气体，相对容易输送，但需注意纯度保持

氢气(H₂)：密度小、易泄漏、易爆炸，需特别加强密封和防爆设计

二氧化碳(CO₂)：可能形成干冰造成堵塞，需注意气体温度控制

工业烟气：常含有腐蚀性成分和颗粒物，需耐磨耐腐蚀设计，并考虑除尘措施

5.2 气体性质对风机设计的影响

气体密度影响：根据离心风机压力与流量关系，风机压力与气体密度成正比。输送轻气体（如氢气）时，相同压力需要更高的叶轮周速或更多级数

压缩性考虑：当压力比大于1.03时，气体压缩性不可忽略。流量计算公式需引入压缩系数修正

腐蚀性应对：针对腐蚀性气体，过流部件需采用耐蚀材料或增加防腐涂层

温度影响：高温气体会降低材料强度，需考虑冷却措施或选用耐高温材料

5.3 系统集成与安全控制

在稀土提纯生产线中，风机不是独立设备，而是气体输送系统的核心。系统设计需考虑：

防喘振控制：设置防喘振阀或采用变频控制，避免风机进入不稳定工作区

安全联锁：压力、温度、振动等参数超限时自动停机保护

纯度保持：对于高纯度气体输送，系统需进行严格的气密性测试和清洁处理

能量回收：在高压差应用中，可考虑在出口增设膨胀机回收能量

第六章 系列风机选型指南

6.1 各系列风机特点比较

“C(La)”系列多级离心鼓风机：常规压力范围，适用于大多数稀土浮选工艺，性价比高

“CF(La)”与“CJ(La)”专用浮选风机：针对浮选工艺优化，气泡生成特性好，节能效果显著

“D(La)”系列高速高压多级离心鼓风机：本文重点型号，适用于中等压力要求的镧提纯工艺

“AI(La)”单级悬臂加压风机：结构紧凑，维护方便，适合小流量、中低压场合

“S(La)”单级高速双支撑风机：转速高，单级即可达到较高压比，适用于空间受限场合

“AII(La)”单级双支撑加压风机：运行稳定，轴承寿命长，适合连续运行工况

6.2 选型基本原则

工艺需求分析：明确所需流量、压力、气体介质、温度等参数

安全余量考虑：流量通常增加10%-20%余量，压力增加5%-10%余量

效率评估：选择高效区间与常用工况点匹配的设备

全生命周期成本：综合考虑购置成本、运行能耗、维护费用

供应商评估：考察制造商的技术实力、业绩案例和售后服务能力

6.3 与稀土提纯工艺的匹配

针对镧提纯的不同阶段，风机选型建议：

粗选阶段：流量大、压力适中，可选C系列或D系列

精选阶段：压力要求较高，气体可能含腐蚀成分，建议选用D系列

化学处理阶段：可能输送特殊气体，需定制化设计密封和材料

尾气处理：输送含尘或腐蚀性气体，需加强防护措施

第七章 技术发展趋势与展望

随着稀土提纯技术的不断进步，对离心鼓风机也提出了更高要求：

智能化发展：通过加装传感器和智能控制系统，实现状态监测、故障预警和自适应调节

材料创新：新型复合材料、陶瓷涂层等应用，提高耐磨耐腐蚀性能

高效化设计：计算流体动力学（CFD）和拓扑优化技术的应用，持续提升效率

节能技术：变频驱动、气动优化、系统集成节能等技术广泛应用

特殊气体处理：针对氢气等新能源相关气体输送的技术储备

远程运维：基于物联网的远程监控和诊断，提高服务响应速度

D(La)1988-2.7型高速高压多级离心鼓风机作为当前轻稀土镧提纯工艺中的主力设备，其稳定运行直接关系到生产效率和产品质量。通过深入了解其结构特点、维护要点和选型原则，用户能够更好地发挥设备性能，为稀土产业的可持续发展提供可靠保障。