轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机D(La)106-2.25基础知识详解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯，镧(La)提纯风机，D(La)106-2.25离心鼓风机，风机配件，风机修理，工业气体输送，多级离心鼓风机，稀土矿提纯技术

引言

在稀土冶炼与分离工业中，离心鼓风机作为核心动力设备，承担着气体输送、物料浮选、环境控制等关键任务。特别是在轻稀土（铈组稀土）中镧(La)的提纯工艺中，风机性能直接影响着产品质量、生产效率和能源消耗。作为风机技术领域的专业人员，我将从工程实践角度，系统阐述镧(La)提纯专用离心鼓风机的基础知识，重点解析D(La)106-2.25型号的技术特点，并对风机配件、维护修理以及工业气体输送等关键技术环节进行详细说明。

第一章 轻稀土提纯工艺与风机需求特性

轻稀土（铈组稀土）主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素，其提纯过程涉及矿石分解、浸出、萃取、沉淀、焙烧等多道工序。在这些工序中，风机主要承担以下功能：

浮选气体供应：在矿石初步富集阶段，需要稳定的气流形成气泡，携带稀土矿物上浮分离

反应气体输送：在焙烧、还原等工序中，需要精确控制氧气、氮气等工业气体的流量和压力

环境气体控制：需要排除生产过程中产生的有害气体，维持安全生产环境

物料输送：部分工艺采用气力输送方式传送粉末状中间产物

镧(La)的提纯对风机提出了特殊要求：气体介质可能具有腐蚀性（如含氟烟气）、工作温度可能较高（某些工序达200-300℃）、压力要求稳定（萃取工序对气压波动敏感）、需要防止产品污染（对密封性要求极高）。这些工况特点决定了稀土提纯风机必须具备高可靠性、强耐腐蚀性、精确可调性和卓越密封性能。

第二章 D(La)106-2.25型离心鼓风机技术解析

2.1 型号命名规则与参数解读

根据行业标准，离心鼓风机型号“D(La)106-2.25”具有明确的技术含义：

“D”：表示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，通过逐级增压实现高压比输出

“(La)”：表示该风机专为镧(La)提纯工艺设计和优化，在材料选择、密封结构、耐腐蚀处理等方面有特殊配置

“106”：表示风机在设计工况下的流量为每分钟106立方米（m³/min）

“-2.25”：表示风机出口压力为2.25个大气压（表压），相当于绝对压力约3.25bar

进口气压说明：型号中没有“/”符号，表示进口压力为标准大气压（1个大气压）

作为对比，参考型号“D(La)300-1.8”表示：D系列镧提纯专用风机，流量300 m³/min，出口压力1.8个大气压，进口压力为标准大气压。

2.2 D系列风机结构特点与技术优势

D系列高速高压多级离心鼓风机专为稀土提纯行业设计，具有以下结构特点：

多级压缩设计：D(La)106-2.25通常采用3-5级叶轮串联，每级叶轮设计压力比在1.1-1.3之间，通过多级压缩实现总压比达到2.25，同时保持较高效率。多级设计避免了单级高压比导致的效率下降和喘振问题。

高速转子系统：采用高刚性转子设计，工作转速通常在8000-15000转/分钟范围内，通过高速旋转实现紧凑结构下的高压输出。转子经过精密动平衡校正，残余不平衡量控制在G1.0级以内，确保高速运行平稳。

专用气体通道设计：针对稀土提纯过程中可能遇到的腐蚀性介质，气体通道采用特殊涂层或耐腐蚀材料（如不锈钢316L、双相钢等），减少介质对流道的腐蚀和污染。

高效叶轮技术：采用后弯式或三维扭曲叶型，效率可达82-88%。叶轮与主轴采用过盈配合加键连接，确保高速下的可靠传递。叶轮材料根据气体性质选择，对于腐蚀性气体采用钛合金或特殊不锈钢。

第三章 风机核心配件详解

3.1 风机主轴系统

D(La)106-2.25的主轴采用高强度合金钢（如42CrMo）整体锻造，经调质处理达到HRC28-32的硬度，具有优良的综合机械性能。主轴设计充分考虑临界转速避开率，一阶临界转速通常为工作转速的1.3倍以上，避免共振。主轴与叶轮的配合面精度达到IT6级，表面粗糙度Ra≤0.8μm，确保装配精度和动平衡性能。

3.2 风机轴承与轴瓦

D系列风机主要采用滑动轴承（轴瓦）支撑，其优势在于承载能力大、阻尼特性好、适合高速运行。轴瓦材料通常为巴氏合金（锡锑铜合金），厚度1-3mm，浇铸在钢制瓦背上。巴氏合金具有良好的嵌入性和顺应性，能容忍少量异物，保护主轴免受损伤。

轴瓦设计参数包括宽径比（通常0.8-1.2）、间隙比（0.001-0.002倍轴径）、油槽布置等。运行中，轴瓦与主轴之间形成稳定的油膜，其厚度可通过雷诺方程计算，确保液体摩擦状态。供油系统提供充足的润滑油，带走摩擦热，维持油膜稳定性。

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。装配前，每个叶轮单独进行静平衡校正；装配后，整个转子进行高速动平衡，平衡精度达到ISO1940 G1.0标准。平衡盘设计在多级风机中尤为关键，它能平衡大部分轴向推力，减少止推轴承负荷。

转子动力学特性通过传递矩阵法或有限元法分析，确保在工作转速范围内无有害共振。转子第一阶弯曲临界转速至少高于工作转速30%，保证稳定运行裕度。

3.4 密封系统

密封系统对稀土提纯风机至关重要，既要防止气体泄漏，又要防止外部杂质进入。

气封（迷宫密封）：在各级叶轮之间和轴端采用迷宫密封，利用多次节流膨胀原理降低泄漏。迷宫齿数通常为6-10个，齿尖与轴套间隙控制在0.2-0.4mm（直径方向）。迷宫材料一般选用铝青铜或不锈钢，与轴套（通常为不锈钢）形成软-硬配对，避免磨损主轴。

碳环密封：在高压端或特殊介质场合采用碳环密封。碳石墨材料具有自润滑性、耐高温、化学稳定性好等特点。碳环采用分瓣结构，由弹簧提供初始压紧力，运行时依靠气体压力实现自紧式密封。碳环与轴套间隙极小（0.05-0.15mm），泄漏量仅为迷宫密封的10-30%。

油封：在轴承箱端部采用双唇口油封或机械密封，防止润滑油泄漏。对于高速风机，常采用非接触式螺旋密封或间隙密封，减少摩擦功率损失。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱为铸铁或铸钢结构，具有足够的刚度和散热面积。箱体设计确保轴承对中精度，两侧轴承孔同轴度要求≤0.02mm。轴承箱内设有挡油板、回油槽等结构，确保润滑油流动顺畅。

润滑系统采用强制循环方式，包括主油泵、备用油泵、油冷却器、双联过滤器、蓄能器等组件。油压通常维持在0.15-0.25MPa，油温控制在40-50℃。润滑油选择ISO VG32或VG46透平油，具有良好的抗氧化性和抗乳化性。

第四章 风机维修与故障处理

4.1 日常维护要点

振动监测：每日记录风机轴承座振动值，速度有效值应小于4.5mm/s，位移峰值应小于45μm。振动频谱分析可早期发现不平衡、不对中、轴承磨损等故障。

温度监控：轴承温度应低于75℃，润滑油回油温度应低于65℃。温度异常升高可能预示润滑不良或摩擦加剧。

泄漏检查：检查各密封点有无气体或润滑油泄漏，碳环密封处允许有微量泄漏（通常＜1%流量），但不应有明显气流声。

油质分析：每三个月取样检测润滑油粘度、水分、酸值、颗粒污染度，根据结果决定是否换油或加强过滤。

4.2 常见故障与处理

振动超标：最常见原因包括转子积垢（需清洗）、叶轮磨损（需修复或更换）、轴承间隙增大（需调整或更换轴瓦）、对中不良（需重新对中）。动平衡校正需在专用平衡机上进行，去除或增加配重使不平衡量达标。

轴承温度高：可能原因有润滑油不足或变质（补充或换油）、冷却不良（清洗冷却器）、轴承间隙过小（刮研轴瓦）、载荷过大（检查工艺系统）。轴瓦刮研是关键技术，需保证接触角90-120°，接触点均匀分布。

性能下降：流量或压力达不到设计值，可能原因包括密封间隙过大（更换密封）、叶轮腐蚀（修复或更换）、进口过滤器堵塞（清洗）、管网阻力变化（调整工况）。性能测试应参照风机性能曲线，测量实际流量、压力、功率，计算效率。

异常噪音：喘振噪音（低频轰鸣）需检查是否在小流量工况运行，调整放空阀或回流阀；摩擦噪音（高频尖锐）需检查内部动静件间隙；轴承噪音（连续嘶鸣）可能预示轴承损坏。

4.3 大修内容与周期

D(La)106-2.25风机大修周期通常为2-3年或运行16000-24000小时，主要内容包括：

转子全面检查：着色探伤检查主轴和叶轮有无裂纹；测量轴颈圆度、圆柱度（应≤0.01mm）；检查叶轮口环、平衡盘等部位的磨损情况。

密封更换：全部迷宫密封齿检查更新，碳环密封根据磨损情况更换。新密封安装需保证间隙符合设计值，测量工具采用塞尺或压铅法。

轴承修复：轴瓦重新浇铸巴氏合金并机械加工，或直接更换新轴瓦。刮研后保证顶部间隙为轴径的0.001-0.0015倍，侧间隙为顶部间隙的一半。

对中调整：风机与电机重新对中，采用双表法或激光对中仪，保证径向偏差≤0.05mm，角度偏差≤0.05mm/m。

动平衡校正：转子重新做高速动平衡，平衡转速不低于工作转速的50%，剩余不平衡量按公式“不平衡量（g·mm）=6350×G×转子质量（kg）/工作转速（rpm）”计算控制，其中G取1.0。

第五章 工业气体输送风机技术要点

5.1 不同气体介质的特性与风机选型

稀土提纯过程中涉及多种工业气体，风机选型需考虑气体特性：

空气：最常用介质，密度1.293kg/m³（标准状态）。D系列风机设计基准通常以空气为标准介质，输送其他气体时需进行性能换算。

工业烟气：通常含有SO₂、HF等腐蚀性成分，温度可能高达200℃以上。需选用耐腐蚀材料（如双相钢2205），轴承箱需加强冷却，密封需采用耐高温型式。

二氧化碳（CO₂）：密度约为空气的1.5倍，压缩因子接近1。输送CO₂时风机功率需求增加，电机需相应选大。CO₂在高湿环境下可能形成碳酸，需注意材质的耐酸性。

氮气（N₂）：密度略小于空气（0.97倍），化学惰性。输送氮气时需特别注意密封性，防止氧气渗入形成爆炸性混合物（在某些工艺中）。

氧气（O₂）：强氧化性，特别是高压氧气可能引发材料燃烧。氧压机严禁使用油润滑，需采用无油结构或特殊阻燃润滑油。所有零件需严格脱脂处理。

稀有气体（He、Ne、Ar）：通常纯度要求高，需确保风机内腔清洁、密封可靠。氦气密度极低（空气的0.138倍），输送时风机需重新核算性能曲线。

氢气（H₂）：密度极小（空气的0.0695倍），极易泄漏。需采用特殊密封（如干气密封），防爆设计，流道表面光洁度要求高以减少积聚静电。

5.2 性能换算与调节

当输送气体与设计介质不同时，风机性能需按相似理论换算：

流量换算公式：实际流量等于设计流量乘以实际气体密度与设计气体密度比值的平方根倒数
压力换算公式：实际压力等于设计压力乘以实际气体密度与设计气体密度比值
功率换算公式：实际功率等于设计功率乘以实际气体密度与设计气体密度比值

以D(La)106-2.25输送氢气为例：氢气密度为空气的0.0695倍，则相同转速下，质量流量降为原来的0.0695倍，体积流量基本不变，压力降为0.0695倍，功率需求也降为0.0695倍。

流量调节方法包括：进口节流（简单但效率低）、变转速调节（高效，需变频器）、旁路回流（稳定但能耗大）。稀土提纯工艺常要求精确流量控制，推荐采用变频调速结合出口压力反馈的闭环控制。

5.3 安全注意事项

防爆要求：输送易燃易爆气体（如H₂、含尘空气）时，风机需满足防爆标准，电机防爆等级不低于ExdIIBT4，所有电气元件防爆，并设置静电接地。

防喘振保护：多级高压风机易发生喘振，需设置防喘振线，当工况点接近喘振边界时自动打开放空阀或回流阀。喘振流量通常为设计流量的60-70%。

超温保护：设置轴承温度、润滑油温度、排气温度等多重保护，超限时报警并连锁停机。

振动保护：安装振动传感器，当振动值超过安全限值（通常为报警值的1.5倍）时紧急停机。

第六章 稀土提纯专用风机系列概览

除D系列外，稀土提纯行业还应用多种专用风机系列，各具特点：

“C(La)”型系列多级离心鼓风机：中等压力范围（压比1.5-3.0），流量范围广（50-800 m³/min），效率高，常用于萃取工序的气体搅拌和输送。

“CF(La)”型系列专用浮选离心鼓风机：专为浮选工艺设计，压力稳定（波动＜2%），流量可调范围宽（30-100%），耐微尘腐蚀，叶轮采用耐磨涂层。

“CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机：紧凑型设计，占地面积小，适合老厂改造或空间受限场合，性能与CF系列类似但结构更集成。

“AI(La)”型系列单级悬臂加压风机：单级高压比设计（可达2.0），结构简单，维护方便，适合中等流量、高压比场合。

“S(La)”型系列单级高速双支撑加压风机：双支撑结构，转子稳定性好，转速高（可达20000rpm），单级压比高（可达2.5），适合洁净气体加压。

“AII(La)”型系列单级双支撑加压风机：双支撑设计，承载能力强，流量大（可达1500 m³/min），压力适中，常用于系统主鼓风。

结语

D(La)106-2.25型离心鼓风机作为轻稀土镧提纯工艺中的关键设备，其性能优劣直接影响产品质量和生产成本。正确理解风机型号含义、掌握核心配件特性、实施科学维护维修、根据输送气体性质合理选型调整，是确保风机长期稳定运行的基础。随着稀土工业技术发展，对风机的要求将更加苛刻:更高效率、更低噪音、智能控制、长寿命设计将成为发展方向。作为风机技术人员，我们需不断学习新知识、新技术，为稀土这一战略资源的高效清洁生产提供可靠装备保障。