轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机D(La)1686-2.85技术详解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈组稀土、镧提纯风机、D(La)1686-2.85、离心鼓风机、风机配件、风机修理、工业气体输送

一、轻稀土提纯工艺与风机技术概述

轻稀土（铈组稀土）作为现代高新技术产业不可或缺的战略资源，其提纯工艺对设备性能提出了特殊要求。在镧(La)元素的分离与提纯过程中，气体输送与压力控制是关键环节，离心鼓风机作为核心动力设备，其性能直接影响产品质量与生产效率。

稀土提纯工艺通常包括采矿、选矿、分解、分离、提纯等步骤，其中在溶剂萃取、气体保护、物料输送等环节需要稳定可靠的气体供应。离心鼓风机通过旋转叶轮产生的离心力对气体做功，实现气体的增压与输送，在稀土提纯领域具有不可替代的作用。

根据稀土提纯工艺的不同需求，风机行业开发了多个专用系列产品，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。这些风机可输送多种工业气体，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)以及混合无毒工业气体。

二、D(La)1686-2.85风机型号详解与技术特征

2.1 型号命名规则解析

在稀土提纯风机领域，型号命名包含了丰富信息。以“D(La)1686-2.85”为例：

“D”代表D系列高速高压多级离心鼓风机，该系列专为高压气体输送设计，采用多级压缩技术，适用于稀土提纯中需要较高压力的工艺环节。

“(La)”明确指示该风机专用于镧元素提纯工艺，其材料选择、密封设计和性能参数均针对镧提纯的特殊要求进行优化。

“1686”表示风机流量为每分钟1686立方米，这一流量设计考虑了镧提纯工艺中气体循环量、反应器尺寸及生产效率等多方面因素。

“-2.85”表示风机出风口压力为2.85个大气压（表压），相当于绝对压力约为3.85个大气压。需要注意的是，此型号标注中没有“/”符号，按照行业惯例，这表示风机进风口压力为标准大气压（1个大气压）。若型号中出现如“D(La)1686/0.8-2.85”的标注，则“/0.8”表示进风口压力为0.8个大气压。

2.2 D(La)1686-2.85设计特点

D(La)1686-2.85风机专为轻稀土镧提纯工艺中的气体循环与增压需求设计，具有以下技术特点：

多级压缩设计：采用多级叶轮串联结构，每级叶轮对气体逐级增压，最终达到2.85个大气压的出风压力。这种设计相比于单级压缩，在相同压比下效率更高，温升更小，特别适合对气体温度敏感的稀土提纯工艺。

高速转子系统：风机主轴转速通常可达8000-15000转/分钟，高速旋转产生强大的离心力，使气体获得足够的动能与压力能。高速设计使风机结构紧凑，功率密度高，适合在空间有限的稀土提纯车间布置。

材料适应性：考虑到镧提纯过程中可能接触的气体成分，风机过流部件采用耐腐蚀材料，如不锈钢316L或更高等级的耐蚀合金，防止气体中的微量酸性成分或卤素元素对设备造成腐蚀。

精密密封系统：针对稀土提纯中可能涉及的有价气体回收或防止工艺气体泄漏，D(La)1686-2.85配备了多级密封系统，包括机械密封、碳环密封和迷宫密封的组合，确保气体泄漏率控制在工艺要求范围内。

三、D(La)1686-2.85风机核心配件详解

3.1 风机主轴

风机主轴是传递动力、支撑旋转部件的核心零件。D(La)1686-2.85的主轴采用高强度合金钢（如42CrMo）锻造成型，经过调质热处理，使材料获得良好的综合机械性能:高强度与高韧性的结合。主轴加工精度要求极高，各轴段同心度误差控制在0.01毫米以内，表面粗糙度达到Ra0.8以上，确保轴承与密封件的正常工作。主轴还需进行动平衡校正，不平衡量控制在G2.5级以内，以减少高速旋转时的振动。

3.2 风机轴承与轴瓦

D(La)1686-2.85采用滑动轴承（轴瓦）支撑转子系统，相比于滚动轴承，滑动轴承在高速重载工况下具有更好的稳定性和更长的使用寿命。轴瓦材料通常为巴氏合金（锡基或铅基），这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，能在润滑油膜不足时暂时保护轴颈。轴瓦与轴颈的配合间隙需严格控制，一般取轴颈直径的0.1%-0.15%，以确保形成稳定的油膜。润滑油系统配备压力、温度监控和过滤装置，确保轴承在最佳润滑状态下工作。

3.3 风机转子总成

转子总成是风机做功的核心部件，由主轴、多级叶轮、平衡盘、推力盘等组件构成。每级叶轮都经过精密加工，叶片型线采用三元流设计，通过计算机流体动力学优化，确保高效率的气体压缩。叶轮与主轴的连接采用过盈配合加键连接，确保高速旋转下的可靠传递扭矩。转子总成装配完成后，需进行高速动平衡测试，平衡精度达到ISO1940 G1.0级标准，确保风机运行平稳。

3.4 气封与碳环密封系统

气封系统用于减少级间气体泄漏，提高风机效率。D(La)1686-2.85采用迷宫密封与碳环密封组合设计。迷宫密封由一系列环形齿片组成，气体通过齿片间隙时产生多次节流膨胀，有效减少泄漏量。碳环密封则用于轴端密封，碳环材料具有良好的自润滑性和耐磨性，能与轴颈形成极小的运行间隙（约0.05-0.1毫米），有效防止气体外泄。

3.5 油封与轴承箱

油封主要用于防止润滑油泄漏和外部杂质进入轴承箱。D(La)1686-2.85采用多层次复合油封，包括防尘唇、主密封唇和副密封唇，能适应轴的高速旋转和轻微偏心。轴承箱作为轴承的支撑和润滑油容器，其结构设计需确保足够的刚度和散热能力，内部油路设计保证润滑油能充分覆盖轴承接触面，带走摩擦热量。

四、D(La)1686-2.85风机维护与修理要点

4.1 日常维护注意事项

振动监测：定期测量风机轴承座振动值，径向振动速度有效值不应超过4.5毫米/秒，轴向振动不应超过径向振动的70%。振动异常增大往往是故障的前兆，如转子不平衡、轴承损坏或对中不良等。

温度监控：轴承温度是风机健康状态的重要指标，正常工作温度应在65℃以下，报警温度设为75℃，停机温度设为85℃。温度异常升高可能表示润滑不良、轴承损坏或冷却系统故障。

润滑管理：定期检查润滑油质量，每3-6个月取样化验，检测粘度、酸值、水分和金属颗粒含量。润滑油滤芯需按规定周期更换，确保润滑油清洁度达到NAS 7级标准。

密封检查：定期检查气封和油封泄漏情况，碳环密封的正常磨损率约为0.1毫米/千小时，超过此值需检查对中情况和轴颈表面状态。

4.2 常见故障诊断与处理

振动超标：首先检查地脚螺栓紧固情况和对中精度，风机与电机对中要求径向偏差不超过0.05毫米，角度偏差不超过0.05毫米/米。若对中正常，则需检查转子平衡状态，可能需要现场动平衡校正。如仍无法解决，应考虑轴承磨损或转子部件松动。

轴承温度高：检查润滑油压力、流量和温度是否正常，滤芯是否堵塞。如润滑系统正常，则需检查轴承间隙是否过小或轴瓦是否损坏。对于巴氏合金轴瓦，可用压铅法测量轴承间隙，调整垫片厚度使间隙恢复到设计值。

风量风压不足：检查进口过滤器是否堵塞，密封间隙是否过大导致内泄漏增加。多级离心鼓风机的级间密封磨损会使内部泄漏增加，显著降低风机效率。可通过测量各级进出口压力判断泄漏位置。

异常噪音：均匀的轰鸣声多为气动噪声，可通过调整进口导叶或扩压器叶片角度改善。不均匀的碰撞声或摩擦声可能表示内部部件松动或碰磨，需停机检查。

4.3 大修要点与装配精度

D(La)1686-2.85风机每运行24000-30000小时或3-4年应进行解体大修，主要内容包括：

转子检修：检查叶轮叶片有无裂纹、磨损或腐蚀，重点检查焊缝区域。叶轮如出现明显不平衡或效率下降，需返厂做动平衡和性能测试。主轴检查重点是轴颈部位，测量圆度和圆柱度，误差不应超过0.01毫米。

轴承与密封更换：轴瓦巴氏合金层如出现剥落、裂纹或磨损超过厚度的1/3，需重新浇铸加工。碳环密封检查磨损量，如超过设计允许值需成套更换。

装配精度控制：转子与定子的同心度控制在0.05毫米以内，叶轮与扩压器的轴向间隙按设计值调整，一般每级间隙为2-3毫米。装配后手动盘车应灵活无卡涩，然后进行对中调整。

试车程序：大修后先进行无负荷试车4小时，检查振动、温度、噪声等参数。正常后逐步加载至额定工况，试车时间不少于8小时。试车过程中记录各项参数，与修前数据进行对比，评估检修效果。

五、稀土提纯工艺中工业气体输送的特殊要求

5.1 不同气体的输送特性

稀土提纯工艺中涉及多种工业气体，每种气体对风机的要求各不相同：

惰性气体（氦、氖、氩）：这类气体化学性质稳定，但分子量差异大。氦气分子量仅4，压缩时温升明显，需要特别注意冷却；氩气分子量40，压缩功耗较大。输送惰性气体的风机需特别注意密封性，防止昂贵气体泄漏。

反应性气体（氧气、氢气）：氧气输送需严格禁油，所有过流部件需脱脂处理，采用无油润滑轴承或特殊密封。氧气压缩机还需防爆设计，防止高温引发燃烧。氢气分子量小，密度低，易泄漏且扩散快，密封系统要求极高，通常采用干气密封或多级碳环密封。

腐蚀性气体（工业烟气、含卤素气体）：稀土提纯中可能接触含氟、氯的工艺气体，这些气体遇水形成酸，对金属部件有强腐蚀性。风机需采用耐蚀材料，如哈氏合金、蒙乃尔合金或衬塑设计，同时控制气体露点温度，防止冷凝腐蚀。

5.2 气体特性对风机设计的影响

气体密度影响：风机的压力-流量特性与气体密度直接相关。相同转速下，输送密度大的气体（如氩气）产生的压头高但功率消耗大；输送轻气体（如氢气）则相反。D(La)1686-2.85在设计时考虑了气体密度变化的影响，通过可调进口导叶和扩压器叶片适应不同工况。

绝热指数影响：气体的绝热指数（比热比）影响压缩过程中的温升。单原子气体（氦、氖、氩）绝热指数高（约1.67），压缩时温升显著；双原子气体（氮气、氧气、氢气）绝热指数约为1.4；多原子气体（二氧化碳）绝热指数低（约1.3）。风机冷却系统需根据气体绝热指数设计，防止超温。

压缩因子影响：实际气体与理想气体的偏差用压缩因子表示。在高压下，某些气体（如二氧化碳）压缩因子明显偏离1，影响风机性能计算。D(La)1686-2.85的性能曲线基于实际气体特性修正，确保选型准确性。

5.3 安全防护措施

防爆设计：输送易燃易爆气体（氢气、含烃混合气）时，风机需采用防爆电机，电气元件符合相应防爆等级，所有部件接地良好防止静电积累。

过载保护：风机配备振动、温度、压力多重监测系统，异常时自动报警或停机。对于可能发生喘振的工况，设置防喘振控制系统，通过旁通阀调节流量，避免风机进入不稳定工作区。

泄漏监测：在风机密封部位设置气体检测探头，实时监测泄漏情况。特别是输送有毒有害气体时，泄漏检测系统与应急通风联动，确保操作人员安全。

六、风机选型与工艺匹配要点

6.1 选型基本原则

稀土提纯工艺中风机选型需综合考虑以下因素：

工艺要求匹配：明确工艺所需的气体种类、流量、进出口压力、温度等参数。流量应考虑工艺波动范围和未来发展余量，一般留有10%-20%的余量。压力参数需包含管路系统阻力损失，避免风机选型偏小。

气体特性适配：根据输送气体的腐蚀性、爆炸性、毒性等特性，选择相应材质和密封等级的风机。对于贵重气体或危险气体，优先选择泄漏率低的机型。

能效与经济性平衡：稀土提纯是连续生产过程，风机能耗占总能耗比例较高。选型时应优先考虑高效机型，虽然初期投资可能较高，但长期运行节省的电费往往能在1-2年内收回差价。

6.2 D系列风机在轻稀土提纯中的应用优势

高压比适应能力：D系列多级离心鼓风机单机压比可达3-5，适合稀土提纯中需要中等压力升高的工艺环节，如气体循环、反应器加压、气体输送等。

流量稳定性：离心风机具有稳定的压力-流量特性，在管网阻力变化时流量波动较小，有利于保持工艺稳定性。

维护便利性：D系列风机采用水平剖分式机壳，检修时无需拆卸进出口管道，大大缩短维护时间，减少停产损失。

智能控制兼容：现代D系列风机可配备变频驱动和智能控制系统，根据工艺需求自动调节流量和压力，实现节能运行。

6.3 安装与调试注意事项

基础要求：风机基础应有足够质量和刚度，避免共振。基础重量一般应为风机重量的3-5倍，混凝土养护期不少于28天。

管道连接：进出口管道应设置柔性接头，隔离风机振动向管道传递。管道支撑独立于风机基础，防止外力作用在风机壳体上。

对中调整：风机与驱动电机对中调整应在冷态和热态下分别进行，考虑运行温度升高引起的热膨胀差异。联轴器预留适当的轴向间隙，适应轴的热膨胀。

试运行程序：先进行点动检查旋转方向，然后空载运行2-4小时，逐步加载至额定工况。试运行期间记录振动、温度、电流等参数，建立设备初始健康档案。

七、未来发展趋势与技术展望

随着轻稀土提纯工艺向精细化、绿色化发展，对风机技术提出了更高要求：

智能化监测：基于物联网的风机状态监测系统将广泛应用，通过振动、温度、压力等多参数融合分析，实现故障预警和预测性维护，减少非计划停机。

材料创新：新型复合材料、陶瓷涂层等将应用于风机过流部件，提高耐腐蚀性和耐磨性，延长设备寿命，适应更苛刻的工艺环境。

高效设计：基于计算流体力学和优化算法的叶轮设计，使风机效率进一步提升，有望达到88%-92%的等熵效率，显著降低能耗。

绿色技术：低泄漏密封技术、无油润滑轴承、变频节能驱动等绿色技术将成标准配置，助力稀土行业节能减排。

模块化设计：风机部件标准化、模块化程度提高，缩短交货周期，降低备件库存，方便现场维修与升级改造。

结语

轻稀土(铈组稀土)镧提纯风机D(La)1686-2.85作为稀土提纯工艺中的关键设备，其性能直接影响产品质量和生产效率。深入理解风机型号含义、核心配件功能、维护修理要点以及不同工业气体的输送特性，对于保障设备长期稳定运行、优化生产工艺具有重要意义。随着稀土产业技术升级和环保要求提高，风机技术也将不断创新，为轻稀土资源的高效、清洁利用提供更可靠的装备支持。

作为风机技术人员，我们应不断学习新知识，掌握新技术，结合稀土提纯工艺特点，合理选型、精心维护、科学改造，使风机设备在最佳状态下工作，为我国稀土产业发展贡献技术力量。