轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机基础知识与应用详解：以D(La)2169-1.98型离心鼓风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈组稀土、镧(La)提纯、离心鼓风机、D(La)2169-1.98、风机配件、风机维修、工业气体输送、多级离心鼓风机、稀土冶炼气体控制

第一章 稀土冶炼与气体输送设备概述

在稀土冶金工业中，气体输送设备扮演着至关重要的角色。特别是对于轻稀土（铈组稀土）中的镧(La)元素提纯过程，需要精密、稳定且高效的气体输送系统来保障整个工艺流程的连续性与经济性。离心鼓风机作为核心动力设备，负责为焙烧、溶解、萃取、结晶等多个环节提供必要的气体介质和压力条件。

稀土提纯工艺对气体设备有着特殊要求：首先，介质多样性，从空气、惰性保护气体到特定工艺气体；其次，压力与流量范围宽广，从常压到高压，从小流量到大流量均有涉及；最后，可靠性要求极高，因稀土冶炼连续生产特性，设备停机将导致重大经济损失。为此，专门针对稀土行业开发了一系列专用离心鼓风机，形成了完整的产品体系。

目前稀土冶炼行业常用的离心鼓风机主要包括：“C(La)”型系列多级离心鼓风机，适用于中等压力、大流量的工艺环节；“CF(La)”型系列专用浮选离心鼓风机，专门针对稀土浮选工艺设计；“CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机，为特定浮选条件优化；“D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机，适用于高压气体输送；“AI(La)”型系列单级悬臂加压风机，结构紧凑，适用于空间受限场合；“S(La)”型系列单级高速双支撑加压风机，平衡性好，运行稳定；“AII(La)”型系列单级双支撑加压风机，兼顾性能与可靠性。这些风机可输送的气体介质包括：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。

第二章 D(La)2169-1.98型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号解读与技术参数

D(La)2169-1.98这一完整风机型号蕴含了丰富技术信息：“D”代表D系列高速高压多级离心鼓风机，这是专门为高压气体输送设计的系列产品；“La”括号标注表示该风机专为镧(La)提纯工艺优化设计，在材料选择、密封形式和运行参数上均有针对性考虑；“2169”表示风机设计流量为每分钟2169立方米，这是风机在标准进气条件下的体积流量；“-1.98”表示风机出风口压力为1.98个大气压（表压），即出口绝对压力约为2.98个大气压。

需要特别说明的是，该型号中没有“/”符号，按照行业标注规范，这表示风机进风口压力为1个大气压（标准大气压）。如果型号中出现“/”符号，如“D(La)2169/0.8-1.98”，则表示进风口压力为0.8个大气压。这种标注方式清晰表达了风机的压力提升能力，即压比约为1.98（对于标准进气）或更高（对于非标准进气）。

2.2 结构特点与工作原理

D(La)2169-1.98型风机采用多级离心式结构，通常包含3-6个叶轮串联安装在同一主轴上。每个叶轮级都会对气体做功，提高气体压力，最终实现1.98个大气压的出口压力。这种多级设计相比单级风机，在相同压比下效率更高，运行更平稳。

该风机采用高速设计理念，主轴转速通常在8000-15000转/分之间，具体取决于电机驱动方式和齿轮箱传动比。高速设计使得单级叶轮能够产生更高的压头，从而减少所需级数，缩小风机体积，提高功率密度。

对于镧(La)提纯工艺，该型号特别优化了以下方面：第一，过流部件采用耐腐蚀材料，如不锈钢或特种合金，以应对工艺过程中可能存在的腐蚀性气体成分；第二，密封系统针对稀土冶炼环境设计，防止工艺气体泄漏和外部污染物进入；第三，冷却系统充分考虑稀土冶炼车间环境温度较高的情况，确保风机在高温环境下稳定运行。

2.3 在镧(La)提纯工艺中的应用

在轻稀土（铈组稀土）镧(La)提纯过程中，D(La)2169-1.98型风机主要承担以下任务：

风机在镧提纯车间的布置通常考虑工艺管线最短原则，同时兼顾设备维护空间和运行噪音控制。进气口需设置在高洁净度区域，配备高效过滤装置，防止尘埃和杂质进入风机系统。

第三章 风机核心配件详解

3.1 风机主轴

主轴是离心鼓风机的核心旋转部件，承担传递扭矩、支撑转子组件的重任。D(La)2169-1.98型风机的主轴采用高强度合金钢锻造而成，经过调质热处理，表面进行高频淬火或氮化处理，以提高表面硬度和耐磨性。主轴的设计需满足临界转速远高于工作转速的要求，通常工作转速不超过第一临界转速的70%，以确保运行平稳。

主轴上的轴承安装位置、叶轮安装位置和轴封位置都有严格的尺寸公差和形位公差要求。特别是各叶轮安装段的同轴度要求极高，通常不超过0.02毫米，以保证转子动平衡质量。主轴与叶轮的连接通常采用过盈配合加键连接的方式，确保在高速旋转下不会松动。

3.2 风机轴承与轴瓦

D(La)2169-1.98型风机采用滑动轴承（轴瓦）设计，而非滚动轴承。这是因为滑动轴承在高速、重载条件下具有更好的稳定性和更长的使用寿命。轴瓦通常采用巴氏合金材料，这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，即使有微小杂质进入润滑系统，也不易造成轴瓦损伤。

轴瓦内表面开有油槽，确保润滑油能均匀分布，形成完整的油膜。油膜厚度通常在0.02-0.05毫米之间，这个厚度足以将转子与轴瓦完全隔开，实现液体摩擦，显著降低摩擦系数。轴瓦与轴颈的配合间隙有严格要求，通常为轴颈直径的0.001-0.002倍，过大则易产生振动，过小则可能导致润滑不良。

轴承座设有测温孔，安装温度传感器，实时监测轴承温度。正常工作时，轴承温度不应超过75℃，报警温度设为85℃，停机温度设为95℃。

3.3 风机转子总成

转子总成是离心鼓风机的“心脏”，由主轴、叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器等部件组成。D(La)2169-1.98型风机的叶轮采用后弯式叶片设计，这种设计虽然单级压头较低，但效率高，工作范围宽，稳定性好。叶轮材料根据输送介质不同而有所区别，输送空气时可采用优质碳钢，输送腐蚀性气体时需采用不锈钢或特种合金。

每个叶轮都经过精密动平衡校正，平衡精度达到G2.5级（根据国际标准ISO1940），确保在高速旋转时振动微小。多级叶轮组装后，还需进行整体转子动平衡，进一步降低残余不平衡量。

平衡盘和推力盘是转子轴向力平衡系统的关键部件。多级离心鼓风机工作时会产生巨大的轴向推力，这个推力主要由平衡盘平衡，残余推力由推力轴承承受。平衡盘的设计需要精确计算，确保在各种工况下都能有效平衡大部分轴向力。

3.4 密封系统：气封、油封与碳环密封

密封系统对于离心鼓风机至关重要，特别是输送特殊气体时。D(La)2169-1.98型风机采用多重密封设计：

气封（迷宫密封）：安装在叶轮与机壳之间、平衡盘处等位置，通过一系列环形齿与轴形成微小间隙，气体通过时产生多次节流膨胀，有效减少气体泄漏。迷宫密封不接触轴，无磨损，寿命长，但有一定泄漏量。对于输送贵重或有毒气体的情况，需配合其他密封形式。

油封：主要用于轴承箱密封，防止润滑油泄漏和外部污染物进入。通常采用双唇骨架油封或机械密封。对于高速风机，油封材料需耐高温、耐磨损，硅橡胶或氟橡胶是常用选择。

碳环密封：这是D(La)系列风机的特色密封之一。碳环密封由多个碳环组成，靠弹簧力抱紧轴表面，实现接触式密封。碳材料具有自润滑性，对轴的磨损很小。碳环密封泄漏量极小，特别适合输送贵重、有毒或危险气体。但碳环密封需要清洁的密封气，通常引入比介质压力稍高的洁净气体作为密封气。

3.5 轴承箱

轴承箱是支撑转子、容纳轴承和润滑系统的重要部件。D(La)2169-1.98型风机的轴承箱采用高强度铸铁铸造，结构刚性好，能有效吸收振动。轴承箱内部设计有合理的油路，确保润滑油能顺畅流动到各润滑点。

轴承箱的散热设计也很重要，通常外表面设有散热筋，增加散热面积。对于大型风机，还可能配备油冷却器，通过循环水冷却润滑油，确保轴承工作在适宜温度。

轴承箱与机壳的连接处有严格的密封要求，既要防止润滑油外泄，也要防止工艺气体进入轴承箱。通常采用O形圈密封或密封胶密封。

第四章 风机维护与修理要点

4.1 日常维护

离心鼓风机的日常维护是确保长期稳定运行的基础。对于D(La)2169-1.98型风机，日常维护应包括：

4.2 定期检修

D(La)2169-1.98型风机的定期检修应根据运行时间和工况确定，一般建议：

小修（每运行4000-6000小时）：主要包括更换润滑油、清洗油过滤器、检查联轴器对中情况、检查地脚螺栓紧固情况、检查密封系统、清洁冷却器等。

中修（每运行16000-24000小时）：除小修项目外，还需打开机壳检查叶轮磨损情况，检查气封间隙，测量轴瓦间隙，检查转子跳动，必要时更换易损件。

大修（每运行48000-64000小时）：全面拆解风机，检查所有零部件。重点检查主轴是否有裂纹或磨损，叶轮是否需要修复或更换，轴承箱是否有变形，所有密封件更换，转子重新做动平衡。

4.3 常见故障处理

振动过大：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承磨损、地脚松动、喘振等。处理步骤：首先检查地脚螺栓和联轴器对中；然后检查润滑油状况；若问题仍未解决，需停机检查转子平衡状态和轴承间隙。

轴承温度过高：可能原因包括润滑油不足或变质、冷却系统故障、轴承间隙过小、轴向力过大等。处理步骤：检查油位和油质，检查冷却水系统，测量轴承间隙，检查平衡盘工作情况。

风量风压不足：可能原因包括进气过滤器堵塞、密封间隙过大、转速下降、叶轮磨损或积垢等。处理步骤：检查过滤器压差，检查密封间隙，检查驱动系统转速，必要时打开机壳检查叶轮。

异常噪音：可能原因包括喘振、叶片与机壳摩擦、轴承损坏、齿轮箱故障等。处理步骤：首先判断噪音类型和来源，调整工况避免喘振，检查间隙，必要时拆检轴承和齿轮箱。

4.4 大修工艺流程

D(La)2169-1.98型风机大修需要严格按照工艺流程进行：

第五章 工业气体输送风机选型与应用

5.1 不同气体介质的输送要点

稀土冶炼中涉及多种工业气体，不同气体对风机的要求各不相同：

空气：最常输送的介质，注意过滤和除尘即可。D(La)2169-1.98型风机输送空气时，材料选择范围较宽，可采用常规材料。

氧气O₂：强氧化性气体，所有接触氧气的部件必须彻底脱脂，防止油污与高压氧气接触引发燃烧。材料需选择铜合金或不锈钢，避免使用碳钢。密封需特别严密，防止泄漏。

氮气N₂、氩气Ar：惰性气体，材料选择无特殊要求，但需注意密封性，防止泄漏造成气体损失和成本增加。

氢气H₂：密度小，易泄漏，易燃易爆。输送氢气的风机需特别注重密封设计，通常采用碳环密封或干气密封。同时，所有电气设备需防爆设计，风机房需有良好通风。

二氧化碳CO₂：有一定腐蚀性，特别是含有水分时会形成碳酸，腐蚀金属。输送CO₂的风机过流部件需采用不锈钢，并确保气体干燥。

混合工业气体：需根据具体成分确定材料选择和密封形式。可能含有腐蚀性成分时，需采用耐腐蚀材料；可能含有颗粒物时，需考虑耐磨措施。

5.2 风机选型原则

为稀土冶炼工艺选择离心鼓风机时，需遵循以下原则：

5.3 风机与工艺设备的配套

D(La)2169-1.98型风机与稀土提纯设备的配套需要系统考虑：

与焙烧炉配套：需根据焙烧炉的需气量、压力损失和温度条件选择风机参数。通常需要风机提供恒定压力的空气，流量可调以适应不同焙烧阶段。进气管路需设冷却段，防止高温气体进入风机。

与反应釜配套：气体搅拌用风机需提供稳定的流量，压力要求不高。需考虑气体分布器的压力损失，确保有足够压力使气体均匀分布。

与环保设备配套：尾气处理系统用风机需考虑气体成分可能具有腐蚀性，风机材料和密封需相应选择。同时，风机风量和风压需与环保设备的设计处理能力匹配。

多台风机并联运行：当单台风机无法满足大流量需求时，可采用多台风机并联运行。并联运行时需特别注意：各台风机的特性曲线应尽可能一致；进出口管路应对称布置，确保气流分配均匀；控制系统需协调各台风机的运行，防止相互干扰。

5.4 控制系统与安全保护

现代离心鼓风机都配备完善的控制系统和安全保护装置：

控制系统：通常采用PLC或DCS控制，实现风机启动、停止、调速、调节的自动控制。重要参数如压力、流量、温度、振动等实时监测显示，并设有历史数据记录和趋势分析功能。

防喘振控制：喘振是离心风机特有的一种不稳定现象，发生时气流强烈脉动，振动剧增，可能损坏风机。防喘振控制通过监测风机工作点，当接近喘振线时自动打开放空阀或回流阀，确保风机始终在稳定区工作。

振动保护：安装振动传感器，连续监测轴承座振动。振动超过设定值时，依次发出预警、报警和停机信号。

温度保护：轴承温度、润滑油温度、电机温度等超过设定值时自动保护。

润滑油系统保护：油压过低、油位过低、油温过高时自动保护。

电气保护：过电流、过电压、缺相、短路等电气故障保护。

第六章 技术发展趋势与展望

随着稀土冶炼技术的进步和环保要求的提高，离心鼓风机技术也在不断发展：

智能化：通过物联网技术，实现风机远程监控和故障诊断；利用大数据和人工智能，预测风机性能和寿命，实现预测性维护。

高效化：通过CFD模拟优化叶轮和流道设计，提高风机效率；采用磁悬浮轴承等新技术，消除机械摩擦损失，进一步提高效率。

环保化：开发低噪音风机，改善工作环境；优化密封技术，实现零泄漏，减少气体损失和环境污染。

专业化：针对稀土冶炼的特殊需求，开发更加专业化的风机系列。如针对高温气体、强腐蚀气体、易燃易爆气体的专用风机。

标准化与模块化：进一步标准化风机系列，提高零部件互换性；采用模块化设计，便于快速维护和升级。

D(La)2169-1.98型高速高压多级离心鼓风机作为稀土冶炼行业的重要设备，其设计、制造、维护都需要专业知识和丰富经验。只有深入理解风机工作原理、结构特点和维护要点，才能确保其在镧(La)提纯工艺中发挥最佳性能，为稀土冶炼行业的发展提供可靠动力保障。