轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机:D(La)1021-1.90型离心鼓风机基础技术与应用

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轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机:D(La)1021-1.90型离心鼓风机基础技术与应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土(铈组稀土)镧提纯风机、D(La)1021-1.90型离心鼓风机、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心鼓风机、轴瓦、转子总成、碳环密封

一、轻稀土提纯工艺对风机的特殊要求

轻稀土(铈组稀土)是稀土矿中的重要组成部分，其中镧(La)作为轻稀土的主要元素，在新能源、催化、光学玻璃等领域具有广泛应用价值。镧的提纯过程涉及焙烧、浸出、萃取、结晶等多个环节，这些工艺环节对气体输送设备提出了严苛要求：需要提供稳定、洁净且具有特定压力和流量特性的气体环境。特别是用于气动输送、气氛保护、气液搅拌等用途的鼓风机，必须具备耐腐蚀、密封可靠、运行平稳、调节精准等特性，以适应稀土提纯工艺中可能存在的酸性气体、高温粉尘等复杂工况。

在众多风机类型中，离心鼓风机凭借其结构紧凑、流量稳定、维护相对简便等优势，成为稀土提纯行业气体动力设备的主流选择。针对不同的工艺段和气体介质，发展出了包括C(La)、CF(La)、CJ(La)、D(La)、AI(La)、S(La)、AII(La)等多个专用系列。本文将重点围绕适用于高压、大风量工况的D(La)1021-1.90型高速高压多级离心鼓风机，系统阐述其技术原理、结构特点、配件构成、维护修理要点，并对输送各类工业气体的风机选型与应用进行说明。

二、D(La)1021-1.90型离心鼓风机完整技术解析

1. 型号命名规则与基本参数

以D(La)1021-1.90为例，其型号解读如下：

“D”：代表D系列高速高压多级离心鼓风机。该系列风机通常采用多级叶轮串联结构，通过逐级增压，在高速旋转下获得较高的出口压力，特别适用于需要克服系统较大阻力的工艺流程。 “(La)”：指明该风机设计主要针对镧(La)及相关轻稀土元素的提纯工艺环境，在材料选择、防腐蚀处理、密封设计等方面进行了针对性优化。 “1021”：表示风机在设计工况下的进口体积流量为每分钟1021立方米。这是风机选型的核心参数之一，直接关系到工艺系统的气体供应能力。 “-1.90”：表示风机出口的表压为1.90个大气压（即绝对压力约为2.90 atm）。此处未出现“/”符号，表明该风机的进口压力为标准大气压（1 atm）。若型号中出现如“1.0/1.8”的表示，则意为进口压力1.0 atm，出口压力1.8 atm。

因此，D(La)1021-1.90型风机的基本性能描述为：一台适用于镧提纯工艺的D系列高速高压多级离心鼓风机，在标准进气条件下，能够提供每分钟1021立方米的空气流量，并将气体压力提升至1.90个大气压（表压）。

2. 结构与工作原理

D(La)型风机属于多级离心式鼓风机。其核心原理基于牛顿第二定律和欧拉涡轮机方程：高速旋转的叶轮对气体做功，气体在离心力作用下获得动能和压力能。多级结构则通过将多个叶轮和扩压器、回流器依次安装在同一个主轴（或分段主轴）上，使气体逐级压缩，最终在末级出口达到设计压力。

气体流动路径简述：气体从进口蜗壳进入第一级叶轮，经加速增压后流入第一级扩压器，将部分动能转化为静压；随后通过回流器导向下一级叶轮入口。此过程重复进行，直至最后一级。经过末级扩压器后，高压气体汇集到出口蜗壳，排出风机。整个流道设计需遵循连续方程、伯努利方程和气体状态方程，以优化效率，减少流动损失。

3. 核心部件与配件详述

D(La)1021-1.90型风机的可靠运行依赖于一系列精密和高强度的配件。以下是主要配件的功能说明：

风机主轴：作为整个转子系统的核心承载与动力传递部件，通常采用高强度合金钢（如42CrMo）锻制，并经过调质热处理和精密加工。主轴的设计必须满足临界转速远高于工作转速的要求，以保证转子动力学稳定性。其上的轴颈部位需要极高的尺寸精度和表面光洁度，以匹配滑动轴承。 风机轴承与轴瓦：D(La)系列高压高速风机普遍采用液体动压滑动轴承（轴瓦），而非滚动轴承。轴瓦通常为剖分式，内衬巴氏合金等高减摩材料。其工作原理是依靠主轴旋转时，将润滑油带入轴颈与轴瓦之间的楔形间隙，形成稳定的压力油膜，实现液体摩擦，具有承载能力大、阻尼特性好、运行平稳、寿命长的优点。轴承箱内设有强制润滑油循环系统，确保润滑与冷却。 风机转子总成：这是风机的“心脏”，包括主轴、所有级别的叶轮、平衡盘（有时）、联轴器部件等。叶轮是关键增压元件，针对稀土工艺可能存在的微量腐蚀性介质，常采用不锈钢（如304、316）或更高等级的耐蚀合金制造，并经过动平衡校正（通常要求达到G2.5级或更高精度），以最大限度地减少振动。多级转子在组装后需进行整体高速动平衡校验。 气封与油封：气封：主要安装在各级叶轮进口外侧与机壳之间，以及风机轴端，用于减少高压气体向低压区的泄漏。在D(La)系列中，常采用迷宫密封，利用多次节流膨胀原理来密封气体。对于更高要求或特殊气体，会采用干气密封等先进形式。油封：主要用于轴承箱两端，防止润滑油外泄，并阻挡外部灰尘进入。常用的是橡胶骨架油封或氟橡胶油封。 碳环密封：这是一种非接触式机械密封的演变形式，在离心鼓风机中常用于输送特殊气体（如氢气、氧气）或要求零泄漏的场合。它由一组精密的碳环组成，在弹簧力作用下轻微贴附于轴套上，运行时形成极薄的气膜，实现几乎无磨损的密封。虽然D(La)1021-1.90标准型可能未标配，但在输送特定工业气体变型设计中是重要选项。 轴承箱：是容纳主轴轴承、提供润滑回路的铸铁或铸钢部件。它要求具有足够的刚性和散热性能，内部油路设计合理，确保润滑油能均匀、充分地润滑轴承并带走摩擦热。

三、D(La)系列风机的维护、修理要点

稀土提纯生产线连续性强，风机非计划停机成本高。因此，建立以预防性维护为主的体系至关重要。

1. 日常维护与监测

振动监测：使用振动分析仪定期监测轴承座处的振动速度或位移值。振动异常升高往往是转子不平衡、轴承磨损、对中不良或气动喘振的先兆。 温度监测：重点监控轴承温度和润滑油温。轴承温度骤升可能预示巴氏合金层磨损、供油不足或油质劣化。 润滑油管理：定期取样分析润滑油的粘度、水分含量和金属颗粒。按规程定期更换润滑油和清洗油滤网。 密封检查：检查轴端是否有明显的气体泄漏或油渍，判断气封和油封的工况。 性能监测：记录进出口压力、流量、电流等参数，与设计曲线对比，判断风机内部流道是否有结垢或磨损。

2. 常见故障与修理

振动超标：原因：转子积灰（输送烟气时常见）导致动平衡破坏；叶轮磨损不均；联轴器对中偏移；基础松动；轴承间隙过大。修理：停机后，首先检查对中并紧固地脚螺栓。若无效，需解体抽出转子总成，进行清洁和动平衡校正。更换磨损严重的叶轮。调整或更换轴瓦。 轴承温度高：原因：润滑油油质不合格、油量不足或油路堵塞；轴瓦巴氏合金层出现疲劳裂纹、剥落或烧蚀；安装间隙不当。修理：检查润滑系统。解体轴承箱，检查轴瓦接触斑点。若瓦面损伤超过面积规定（如>5%），需刮研修复或更换新轴瓦。严格控制顶间隙和侧间隙至说明书要求。 风量或压力不足：原因：进口过滤器堵塞；密封间隙因磨损过大，内泄漏严重；转速未达额定值；工艺系统阻力变化。修理：清洗滤网。测量迷宫密封齿顶间隙，若超标则更换密封件。检查驱动电机和变频器。复核系统管路。 异常噪音：原因：喘振（系统阻力过大，风机进入失稳区）；轴承损坏；转子与静止件摩擦。修理：立即调整出口阀门或放空阀，使工况点远离喘振区。若为机械摩擦声，需停机检查内部间隙。

大修流程：通常运行约24000-30000小时后需进行计划性大修。包括：完全解体风机；清洗所有部件；无损探伤检查主轴和叶轮；全面检查测量所有配合间隙（如气封间隙、轴承间隙）；更换所有密封件和O型圈；修复或更换磨损件；转子重新做动平衡；彻底清洗油路和冷却器；回装后严格按标准进行对中；单机和联动试车。

四、输送各类工业气体的风机选型与应用

稀土提纯及相关化工过程中，除了空气，还涉及多种工业气体。风机选型必须考虑气体的物理化学性质。

1. 不同气体对风机设计的影响

气体密度：直接影响风机所需的压头和功率。例如输送密度极低的氢气(H₂)时，叶轮设计需特殊考虑，功率计算也不同于空气。输送密度大的气体如氩气(Ar)，则需更强的主轴和轴承。 腐蚀性：工业烟气可能含SO₂、HF等酸性成分，氧气(O₂)在高压下会加剧金属氧化。风机过流部件（叶轮、机壳、密封）需选用耐蚀材料，如不锈钢、蒙乃尔合金、甚至钛材。 危险性：氢气(H₂)易燃易爆，氧气(O₂)是强助燃剂。风机设计必须满足防爆标准，采用防爆电机，并确保密封绝对可靠（常采用干气密封或优质碳环密封），防止泄漏。所有部件需严格脱脂，避免与氧气发生燃爆。 纯度要求：输送氮气(N₂)、氦气(He)、氖气(Ne)等用于保护或载气时，需防止润滑油污染气体。此时可选用磁悬浮或空气悬浮轴承的无油鼓风机，或采用迷宫密封+氮气隔离气的结构。 温度与洁净度：高温气体需考虑材料热强度并设置冷却措施。含尘气体（如某些烟气）需在进气口前设置高效过滤器，并可能需对叶轮进行防磨处理。

2. 各系列风机在工业气体输送中的定位

C(La)系列多级离心鼓风机：通用性强，适用于中等压力、大流量的空气或无毒稳定气体输送，可用于稀土焙烧窑的供风。 CF(La)与CJ(La)系列专用浮选离心鼓风机：专门针对选矿浮选工艺设计，强调流量调节范围和运行稳定性，常用于输送空气至浮选槽。 D(La)系列高速高压多级离心鼓风机：本文主角，适用于高压头、大风量需求。例如，用于二氧化碳(CO₂)超临界萃取工艺的高压气体循环，或为高压反应釜输送氮气(N₂)进行加压保护。 AI(La)系列单级悬臂加压风机：结构简单紧凑，适用于中低压、中小流量的气体增压，如向储罐输送氩气(Ar)进行吹扫。 S(La)系列单级高速双支撑加压风机与AII(La)系列单级双支撑加压风机：转子两端支撑，运行更平稳，适用于转速较高、要求振动小的场合，可用于输送氧气(O₂)至富氧燃烧系统或输送氢气(H₂)至加氢反应环节。

选型核心步骤：1. 确定气体成分、密度、温度、湿度、洁净度及腐蚀性；2. 确定工艺要求的体积流量（注明进口状态）和所需进出口压力；3. 根据气体特性选择风机系列和材料代码；4. 根据厂家性能曲线选择具体型号，确保工作点位于高效区且远离喘振区；5. 核算轴功率，选配防爆等级、防护等级合适的电机及变频器（如需调速）；6. 确定密封方案、冷却方案、润滑方案和附属设备（过滤器、消声器、止回阀等）。

五、结论

在轻稀土尤其是镧的现代化提纯产业链中，离心鼓风机作为关键动力设备，其性能与可靠性直接关系到产品质量、生产效率和运营成本。D(La)1021-1.90型高速高压多级离心鼓风机代表了针对高压大风量需求的专业化解决方案。深入理解其型号含义、工作原理、核心配件构成以及科学的维护修理规程，是保障其长期稳定运行的基石。

同时，面对稀土提纯工艺中多样化的工业气体输送需求，从通用型的C系列到专用化的D、AI、S等系列，构成了完整的风机产品矩阵。正确的选型:基于对气体性质的透彻分析和对工艺参数的精准把握:是实现安全、高效、经济运行的前提。

作为风机技术从业者，我们应持续关注新材料、新密封技术（如干气密封、磁浮轴承）、智能监测与故障诊断系统在离心鼓风机上的应用，推动设备向更高效率、更高可靠性、更智能维护的方向发展，从而更好地服务于我国战略性新兴产业，保障稀土这一重要战略资源的高质化利用。

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