轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机基础知识详解:以D(La)1656-2.55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、镧元素分离、D(La)1656-2.55、风机维修、工业气体输送、风机配件、轴瓦轴承、碳环密封

一、引言：稀土提纯工艺中的风机技术重要性

轻稀土元素，特别是铈组稀土中的镧(La)，作为现代高新技术产业不可或缺的战略资源，其提纯工艺对设备提出了极高要求。在镧的湿法冶金提取过程中，从浸出、萃取到沉淀、煅烧等多个环节，都需要依靠高效、稳定的气体输送设备来提供反应气体、保持压力环境或实现气固分离。离心鼓风机作为这些工艺中的核心动力设备，其性能直接影响到稀土产品的纯度、回收率以及生产成本。

我国稀土提纯行业经过数十年发展，已形成了一套完整的技术装备体系，其中专门为稀土冶炼设计的离心鼓风机系列已成为行业标准装备。本文将围绕轻稀土(铈组稀土)镧提纯工艺中使用的D(La)1656-2.55型高速高压多级离心鼓风机，系统阐述其工作原理、结构特点、配件系统及维修维护要点，并对稀土冶炼中各类工业气体输送风机的选型与应用进行分析。

二、轻稀土提纯工艺与风机需求特点

2.1 镧元素提纯工艺流程

镧作为轻稀土的代表元素，通常从氟碳铈矿或独居石等矿物中提取。现代工业提纯主要采用湿法冶金工艺，包括酸法分解、溶剂萃取、沉淀结晶和高温煅烧等关键步骤。在这些工序中，气体输送设备扮演着多重角色：

浸出工序：需要鼓风机提供氧化空气，促进矿物分解

萃取工序：需保持萃取槽内微正压环境，防止有害气体外泄

沉淀工序：需通入二氧化碳或氨气等气体进行沉淀反应

煅烧工序：需要高温烟气输送和循环系统

2.2 稀土提纯对风机的特殊要求

稀土提纯工艺的特殊性决定了其对风机设备的特殊要求：

耐腐蚀性：处理含有氟离子、氯离子、硫酸根等腐蚀性介质的气体

压力稳定性：萃取槽等设备需要恒定的微正压环境，压力波动需控制在±1%以内

气体纯净度：避免润滑油等污染物进入工艺气体，影响产品纯度

可调节性：根据工艺条件变化灵活调节风量风压

可靠性：连续生产周期长，需要设备具备高可靠性和长寿命

三、D(La)1656-2.55型高速高压多级离心鼓风机详解

3.1 型号命名规则解析

在稀土提纯专用风机系列中，“D(La)1656-2.55”这一型号包含了丰富的信息：

“D”：代表D系列高速高压多级离心鼓风机，专为高压气体输送设计

“(La)”：表明该风机主要应用于镧元素提纯工艺，材质和密封设计针对镧提取环境优化

“1656”：表示风机额定流量为每分钟1656立方米，这一流量范围适合中型稀土分离生产线

“-2.55”：表示风机出风口设计压力为2.55个大气压（表压），进口压力默认为1个大气压（绝对压力）

需要特别说明的是，如果型号中出现“/”符号，如“D(La)1656/0.8-2.55”，则表示进风口压力为0.8个大气压（绝对压力）。这种标注方式便于工艺工程师准确选型。

3.2 基本参数与性能特点

D(La)1656-2.55型风机是针对稀土提纯工艺中高压气体输送需求设计的典型设备，其主要技术参数包括：

流量范围：1450-1800 m³/min（可调）

出口压力：2.55 bar（表压）

进口压力：标准大气压（可定制负压或正压进口）

工作温度：-20℃至150℃（取决于气体性质和冷却系统）

主轴转速：根据具体设计，通常在8000-12000 rpm范围内

驱动功率：配套电机功率通常在550-750 kW之间

噪声等级：≤85 dB(A)（距机组1米处）

该型号风机采用多级离心压缩技术，通过叶轮的逐级增压，实现了高效的能量转换。与单级风机相比，多级设计在相同压比下具有更高的效率和更稳定的性能曲线，特别适合稀土提纯工艺中需要稳定压力供给的场合。

四、D(La)系列风机核心部件详解

4.1 风机主轴系统

风机主轴是传递扭矩、支撑转子的核心部件，D(La)1656-2.55型风机主轴采用高强度合金钢整体锻造，经过调质处理、精密加工和动平衡校正。主轴的设计充分考虑了高速旋转下的临界转速问题，通过有限元分析优化了轴径和支撑位置，确保工作转速远离临界转速区域，避免共振发生。

主轴与叶轮的连接通常采用过盈配合加键连接的双重固定方式，确保在高速旋转和变工况条件下不会发生松动。轴颈部位的表面粗糙度要求极高（Ra≤0.4μm），以保证轴瓦的良好运行。

4.2 轴承与轴瓦系统

D(La)系列风机采用滑动轴承（轴瓦）设计，相比于滚动轴承，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。轴瓦材料通常采用巴氏合金（锡锑铜合金），这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，能够在润滑油膜不足时提供应急保护。

轴瓦设计中的关键参数包括宽径比、间隙比和承载面积，这些参数需要根据风机的具体工况精确计算。D(La)1656-2.55型风机的轴瓦间隙通常控制在轴径的0.1%-0.15%之间，既能保证足够的润滑油膜，又能限制转子的振动幅度。

轴承箱作为轴承的支撑和润滑油容器，其设计需要保证良好的刚性、对中性和散热性。轴承箱内通常设置温度监测点，实时监控轴承运行状态。

4.3 风机转子总成

转子总成是离心鼓风机的核心压缩部件，由主轴、多级叶轮、平衡盘、推力盘等组成。D(La)1656-2.55型风机通常采用6-8级叶轮串联设计，每级叶轮后设置导叶，将动能转化为压力能。

叶轮采用后弯叶片设计，效率高、性能曲线平坦。材料根据输送气体性质选择，对于腐蚀性气体，采用不锈钢或钛合金；对于洁净气体，可采用铝合金以减轻重量。每个叶轮在组装前都需进行单独动平衡，组装后的转子总成需进行高速动平衡，确保残余不平衡量符合G2.5级标准。

平衡盘和推力盘的设计用于平衡转子轴向力，减少推力轴承负荷。通过调整平衡盘直径和密封间隙，可以将绝大部分轴向力平衡掉，剩余轴向力由推力轴承承担。

4.4 密封系统：气封、油封与碳环密封

密封系统是保证风机效率和安全运行的关键，D(La)系列风机采用多重密封设计：

气封（迷宫密封）：用于级间和轴端密封，减少内部泄漏。迷宫密封由一系列梳齿和空腔组成，通过多次节流膨胀消耗泄漏气体的能量。梳齿材料通常采用铝合金或铜合金，与轴套保持微小间隙（0.2-0.4mm），即使发生轻微摩擦也不会产生火花。

油封：用于轴承箱密封，防止润滑油泄漏和外界污染物进入。D(La)1656-2.55型风机通常采用骨架油封或机械密封，根据轴承箱内压力和环境条件选择。

碳环密封：在输送有毒、有害或贵重气体时采用的高级密封形式。碳环密封由多个碳环组成，在弹簧作用下紧贴轴套表面，形成动态密封。碳材料具有自润滑性，即使干运转也能维持一定密封效果。碳环密封的泄漏量仅为迷宫密封的1/10-1/100，特别适合稀土提纯中防止工艺气体泄漏或污染的应用场景。

五、稀土提纯专用风机系列概述

除了D系列高速高压多级离心鼓风机外，稀土提纯工艺中还使用多种其他系列风机，各具特色：

5.1 C(La)型系列多级离心鼓风机

C系列是常规多级离心鼓风机，压力范围通常在0.5-1.5 bar之间，适用于中低压气体输送。与D系列相比，C系列转速较低，结构更简单，维护更方便，投资成本也较低。在稀土提纯中，常用于通风、轻度加压等场合。

5.2 CF(La)和CJ(La)型系列专用浮选离心鼓风机

这两种风机专门为稀土矿浮选工艺设计。浮选过程需要稳定、细小的气泡，对鼓风机的气压稳定性要求极高。CF系列和CJ系列通过特殊叶轮设计和进气稳流装置，确保输出气压波动小于±0.5%，气泡尺寸均匀，提高浮选效率和稀土回收率。

5.3 AI(La)型系列单级悬臂加压风机

单级悬臂结构，结构紧凑，适用于空间受限的场合。AI系列风机采用高速直驱设计，转速可达20000 rpm以上，单级压比高。在稀土提纯中，常用于局部补气或小型反应器的气体供给。

5.4 S(La)型系列单级高速双支撑加压风机

S系列同样是单级高速风机，但采用双支撑结构，转子刚性更好，适合更大流量和更高压力的应用。轴承分布在叶轮两侧，振动小，运行平稳，适合长期连续运行。

5.4 AII(La)型系列单级双支撑加压风机

AII系列是传统单级鼓风机，转速相对较低，结构简单可靠，维护成本低。在稀土提纯中，常用于辅助工序或备用设备。

六、稀土提纯中工业气体输送风机的选型与应用

6.1 可输送气体类型及特性

稀土提纯工艺涉及多种工业气体，每种气体对风机的要求各不相同：

空气：最常用的气体，注意过滤除湿，防止腐蚀和结垢

工业烟气：通常含有腐蚀性成分和颗粒物，需防腐设计和过滤装置

二氧化碳CO₂：密度大于空气，压缩机功率需求较高；注意保持干燥防止碳酸腐蚀

氮气N₂：惰性气体，用于保护性气氛；注意密封防止氧气混入

氧气O₂：强氧化性，所有部件需脱脂处理，禁油设计，防止燃烧风险

稀有气体（He、Ne、Ar）：通常纯度要求高，需要高性能密封防止泄漏

氢气H₂：密度小，易泄漏，渗透性强；需要特殊密封和防爆设计

混合无毒工业气体：需根据具体成分确定材料兼容性和安全措施

6.2 风机选型原则与计算基础

选型是确保风机高效可靠运行的前提，主要考虑以下因素：

流量确定：根据工艺需求计算所需气体流量，考虑系统泄漏量（通常取设计流量的5%-10%）和未来扩产余量（通常取20%-30%）。流量计算公式为：实际所需流量等于工艺理论流量乘以泄漏系数再乘以余量系数。

压力确定：需要计算系统阻力，包括管道摩擦阻力、局部阻力、设备阻力以及出口背压。系统总压降等于管道摩擦压降加局部阻力压降加设备压降加出口背压。风机选型压力应为系统总压降乘以安全系数（通常取1.1-1.2）。

气体性质调整：当输送气体与空气密度不同时，需进行性能换算。风机压力和功率与气体密度成正比关系，而流量基本不变。因此，输送密度大的气体需要更大功率的驱动电机。

特殊要求考虑：包括防爆等级、防腐要求、密封等级、噪声限制等，这些都会影响风机的具体配置和材料选择。

七、D(La)1656-2.55型风机的维护与修理

7.1 日常维护要点

定期维护是保证风机长期稳定运行的关键：

润滑油系统维护：定期检查润滑油油位、油质，每运行2000-4000小时更换润滑油。监测润滑油温升，正常温升应低于40℃。

振动监测：每日记录轴承振动值，采用振动速度有效值（mm/s）评价，正常值应低于4.5 mm/s，报警值设为7.1 mm/s，停机值设为11 mm/s。

密封检查：定期检查气封、油封泄漏情况，碳环密封需检查磨损量，磨损超过原厚度1/3需更换。

过滤器维护：进气过滤器压差超过初始值250 Pa时应清洗或更换滤芯。

紧固件检查：定期检查地脚螺栓、联轴器螺栓等关键紧固件是否松动。

7.2 常见故障诊断与处理

振动过大：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动等。需先检查基础螺栓和联轴器对中，再检查轴承间隙，最后考虑转子动平衡问题。

轴承温度过高：可能原因包括润滑油不足或变质、轴承间隙过小、冷却不良、过载等。需检查油位油质，调整轴承间隙，改善冷却条件。

风量风压不足：可能原因包括过滤器堵塞、密封间隙过大、转速下降、气体密度变化等。需依次检查进气系统、密封状况和驱动系统。

异常噪声：可能原因包括喘振、旋转失速、部件松动、轴承损坏等。需立即检查运行点是否进入喘振区，检查各部紧固情况。

7.3 大修周期与内容

D(La)1656-2.55型风机大修周期通常为3-5年或运行24000-40000小时，主要内容包括：

全面解体检查：所有部件清洗、检查、测量

转子检修：检查叶轮腐蚀、磨损情况，必要时修复或更换；转子重新动平衡

轴承更换：轴瓦检查、刮研或更换，推力轴承调整

密封更换：所有密封件更换，密封间隙调整

对中调整：机组重新对中，确保同轴度误差小于0.05mm

性能测试：大修后进行空载和负载试车，测试振动、温度、风量风压等参数

大修后风机性能应恢复至新机的95%以上，确保下一个运行周期的可靠性。

八、风机节能优化与智能化升级

8.1 节能技术应用

在“双碳”目标背景下，风机节能改造尤为重要：

变频调速技术：通过改变风机转速调节风量风压，替代传统的阀门节流，可节能20%-40%。对于D(La)1656-2.55型风机，变频改造需考虑电机绝缘、轴承绝缘和转子临界转速等问题。

高效叶轮技术：采用三元流叶轮设计，效率可比传统叶轮提高3%-8%。新叶轮需重新进行强度计算和动平衡测试。

系统优化：优化管网布局，减少弯头和阀门；合理选择管径，降低流速损失；回收利用废气余压等。

8.2 智能化监测与维护

现代风机越来越多地采用智能化技术：

在线监测系统：实时监测振动、温度、压力、流量等参数，通过物联网技术上传至云平台，实现远程监控和预警。

故障预测与健康管理（PHM）：基于大数据和人工智能技术，分析设备运行数据，预测剩余寿命和故障风险，实现预测性维护。

数字孪生技术：建立风机的虚拟模型，模拟不同工况下的性能，优化运行参数和维护计划。

九、结论与展望

D(La)1656-2.55型高速高压多级离心鼓风机作为轻稀土（铈组稀土）镧提纯工艺中的关键设备，其设计充分考虑了稀土冶炼的特殊要求，在材料选择、密封设计、运行稳定性等方面都进行了专门优化。随着稀土产业的不断发展，对提纯设备的要求也将不断提高。

未来稀土提纯风机的发展趋势将集中在以下几个方面：一是更高效率，通过先进的气动设计和制造工艺，提高风机效率；二是更智能化，集成更多传感器和智能算法，实现状态监测和预测维护；三是更环保，降低噪声、减少泄漏、提高能效；四是更专业化，针对特定稀土元素和特定工艺开发专用风机。

作为风机技术人员，我们需要不断学习新技术、新工艺，深入理解稀土提纯的工艺需求，才能设计、维护好这些关键设备，为我国稀土产业的发展提供可靠的技术装备支持。