轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机:D(La)214-1.43型离心鼓风机技术解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈组稀土、镧分离、离心鼓风机、D(La)214-1.43、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心风机、稀土矿加工

引言

稀土元素作为现代高科技产业不可或缺的战略资源，其提取与纯化技术直接关系到国家高端制造业的发展水平。在轻稀土（铈组稀土）的分离提纯工艺中，特别是镧（La）元素的提取，气体输送与加压设备扮演着至关重要的角色。离心鼓风机作为提供稳定气源的核心装备，其性能优劣直接影响着分离效率、产品纯度及生产成本。本文将聚焦于稀土矿提纯专用离心鼓风机的基础知识，重点解析D(La)214-1.43型高速高压多级离心鼓风机的技术特性，并深入探讨风机关键配件、维护修理要点以及工业气体输送的特殊技术要求，以期为稀土冶炼行业的技术人员提供实用的参考。

第一章 稀土提纯工艺与风机选型基础

1.1 轻稀土（铈组稀土）镧提纯工艺概述

轻稀土主要包括镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）等元素，其分离提纯通常采用溶剂萃取法、离子交换法或蒸馏法。在这些工艺中，需要大量的气体参与反应、加压输送、气动控制或环境控制。例如，在氧化焙烧、气体还原、气流分级、气动输送等环节，稳定且参数精确的气流是保证化学反应平衡、物料流动均匀性和分离效率的基础。鼓风机的作用就是提供连续、稳定、压力与流量可控的气源。

1.2 风机在镧提纯流程中的关键作用

在典型的镧提取流程中，鼓风机可能应用于：

萃取车间：为气动搅拌或气提设备提供空气或惰性气体（如氮气N₂）。

焙烧与煅烧工段：输送助燃空气或控制炉内气氛（如氧气O₂、烟气）。

产品输送与包装：使用纯净气体（如氩气Ar）进行气力输送，防止产品氧化。

环境控制：输送气体以维持车间或设备内的微正压，防止外界空气污染。

针对不同工段的气体性质（腐蚀性、纯净度、危险性）和工艺参数（压力、流量），需要选用不同系列和型号的专用风机。

1.3 稀土提纯风机系列简介

根据工艺需求，已发展出多个针对稀土行业的鼓风机系列，各系列侧重不同：

“C(La)”型系列多级离心鼓风机：适用于中等流量和压力的稳定供气场景，结构坚固，维护相对简便。

“CF(La)”与“CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门为稀土矿浮选工艺设计，注重流量调节的灵敏性和运行的平稳性，以适应浮选槽的气量波动需求。

“D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机：本文重点，适用于要求较高出口压力和较小流量的工况，采用多级叶轮串联和高速设计，是镧提纯中高压气体输送的关键设备。

“AI(La)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于空间有限、需中低压加压的场合。

“S(La)”型系列单级高速双支撑加压风机：转子稳定性高，适合中高转速、对振动要求严格的工况。

“AII(La)”型系列单级双支撑加压风机：传统可靠的双支撑结构，适用于多种工业气体的输送，适应性广。

第二章 D(La)214-1.43型高速高压多级离心鼓风机深度解析

2.1 型号解读与技术参数

型号“D(La)214-1.43”蕴含了该风机的核心信息：

“D”：代表D系列高速高压多级离心鼓风机。

“(La)”：标识此风机主要设计服务于镧（La）元素的提纯工艺，在材料选择、密封形式和内部清洁度上可能针对稀土工艺特性进行了优化。

“214”：表示风机在设计工况下的流量为每分钟214立方米。这是一个关键选型参数，用户需根据实际工艺用气量，结合管路损失，选择流量匹配的风机。

“-1.43”：表示风机出口的表压为1.43个大气压（即约0.43MPaG）。值得注意的是，根据说明，此型号标注中未使用“/”符号，因此其进口压力默认为1个标准大气压（绝压）。风机提供的实际压升为0.43个大气压（表压）。此压力参数对于克服工艺系统阻力、保证气体到达使用点时的压力至关重要。

该风机主要用于输送空气，并与跳汰机等精选设备配套使用。其高压力特性能够确保气流有足够的动能穿透物料层，实现轻稀土矿物的有效重力分选。

2.2 结构与工作原理

D(La)214-1.43型风机属于多级离心式。其核心工作原理是：电机通过增速齿轮箱（或直连）驱动风机主轴高速旋转，固定在主轴上的多个叶轮随之转动。气体从进口吸入，进入第一个叶轮，在高速旋转的叶轮叶片作用下获得动能和压力能；流出后进入扩压器，将部分动能转化为压力能；接着气体被导入下一级叶轮的入口，重复上述过程。经过多个叶轮的逐级加压，最终在出口处达到设计压力（1.43个大气压）。

多级结构使其能够在单机内实现较高的压比，同时通过合理的级间设计保持较高的效率。高速设计则能减少叶轮直径，使机组更加紧凑。

2.3 核心部件与配件详解

为确保D(La)214-1.43在高压、高速下稳定可靠运行，其关键配件采用了特殊设计和材料：

风机主轴：作为转子的核心，承载所有旋转部件。通常采用高强度合金钢（如40CrNiMoA）锻造而成，经过精密加工、热处理（调质）和动平衡校正。其刚性、临界转速和疲劳强度必须经过严格计算，以避开共振区域并承受长期交变应力。

风机转子总成：包含主轴、各级叶轮、平衡盘、联轴器等。叶轮是能量传递的核心，一般采用高强度铝合金、不锈钢或钛合金，通过三维流线型设计以减少流动损失。每个叶轮在装配前都需进行单独的超速试验和动平衡。转子总成在装配完成后，必须进行整体高速动平衡，将振动值控制在极低范围内（通常要求优于G2.5级）。

风机轴承与轴瓦：对于高速高压风机，滑动轴承（轴瓦）比滚动轴承更为常见，因其承载能力大、阻尼性能好、适合高速运行。轴瓦通常采用巴氏合金（锡基合金）衬层，它与主轴轴颈形成油膜润滑，减少摩擦磨损。润滑油系统必须持续、稳定地供给洁净、冷却的润滑油，以带走热量并维持油膜。

密封系统：是防止气体泄漏和油污染的关键。

气封与碳环密封：在叶轮与机壳之间、级间等位置设置密封，以减少高压气体向低压区的内部泄漏。碳环密封因其自润滑、耐磨和一定的弹性，常用于此类场合，能有效控制间隙，提升风机效率。

油封：位于轴承箱两端，主要用于防止润滑油外泄，并阻挡外部杂质进入轴承箱。常采用迷宫密封与接触式唇形密封的组合形式。

轴承箱：是容纳轴承、轴瓦和部分主轴的重力部件。它需要具有足够的刚度和精度，确保轴承的对中性。箱体上设有油路、测温测振探头接口、观察窗等。良好的散热设计也是轴承箱的重点。

2.4 运行与维护要点

启动前检查：确认润滑油系统（油位、油温、油压）正常，冷却水畅通，仪表齐全完好，管路阀门状态正确，盘车无卡涩。

运行监控：密切监视轴承温度（通常不超过75℃）、振动值（用振动速度有效值或位移峰值监控）、润滑油压和流量。监听运行声音是否平稳。

定期维护：包括定期更换润滑油和滤芯，检查密封件磨损情况，清洁气体过滤器（防止粉尘进入磨损叶轮），对仪表进行校准。

第三章 风机常见故障与修理技术

3.1 常见故障诊断

振动超标：最常见故障。原因可能包括：转子动平衡破坏（叶轮结垢或损伤）；轴承或轴瓦磨损、间隙过大；对中不良；基础松动；喘振（流量过小导致）。

轴承温度过高：润滑油不足或变质；冷却不良；轴承/轴瓦磨损或安装间隙不当；负载过大。

流量或压力不足：进口过滤器堵塞；密封间隙磨损过大，内泄漏严重；转速下降（如皮带打滑）；工艺系统阻力增加。

异常声响：摩擦声（转子与静止件刮擦）；爆震声（可能进入喘振区）；轴承损坏的杂音。

3.2 关键部件修理工艺

针对D(La)系列风机的修理需专业人员进行：

转子总成的修理与动平衡：拆解后，检查每个叶轮有无裂纹、腐蚀或磨损。轻微磨损可进行修复打磨，严重则需更换。修复或更换叶轮后，必须进行单件和转子整体的动平衡。动平衡精度直接影响振动水平，需要在高速动平衡机上进行，根据剩余不平衡量计算公式，在指定校正面上添加或去除质量，直至达到标准要求。

轴瓦的刮研与更换：巴氏合金轴瓦磨损后，可根据情况选择刮研或换新。刮研是一项精细手艺，目的是使轴瓦与轴颈的接触面积和接触点分布符合要求（通常接触角60°-90°，接触点均匀）。新瓦安装需保证合适的顶间隙和侧间隙，间隙值通常按主轴颈直径的千分之1.2到千分之1.5来估算，并通过压铅法精确测量。

密封件的更换：碳环密封等易损件需定期检查更换。安装时注意各环的开口错开，弹簧预紧力适中，确保密封面贴合均匀。迷宫密封的间隙需按图纸要求严格调整，过大则泄漏量大，过小易引发摩擦。

主轴检查与修复：检查主轴有无弯曲、裂纹（可采用磁粉或超声波探伤）以及轴颈磨损。轴颈轻微磨损可采用镀铬后磨削修复，严重弯曲或存在裂纹则必须更换。

修理后的整体测试：大修后的风机必须进行机械运转试验，逐步升速至工作转速，监测振动、温度等参数，确认正常后方可投入工艺运行。

第四章 输送工业气体的特殊考量

稀土提纯中，除空气外，常涉及多种工业气体，风机设计需相应调整。

4.1 不同气体的特性与风机适配

惰性气体（氮气N₂、氩气Ar、氦气He）：化学性质稳定，但对密封性要求极高，防止宝贵气体泄漏损失。常采用更高级别的密封，如干气密封。

氧气O₂：强烈的助燃性，要求风机流道绝对禁油，所有部件需进行严格的脱脂处理，材料选择上避免使用易产生火花的材料（如某些铝合金需评估），通常指定为“无油氧气专用风机”。

氢气H₂：密度小、易泄漏、易燃易爆。风机设计重点在于防止泄漏（加强密封）和消除静电，电机需防爆型。由于气体密度低，相同压升所需功较小，但叶轮设计需考虑气体可压缩性影响。

二氧化碳CO₂、工业烟气：可能含有水分或腐蚀性成分。需选择耐腐蚀材料（如316L不锈钢），并考虑保温或加热，防止结露造成酸腐蚀。进口需设置高效过滤分离装置。

混合无毒工业气体：需明确气体组分，以其平均分子量和特性来核算风机性能，并评估各组分对材料的相容性。

4.2 性能换算与选型修正

当风机输送的气体与空气不同时，其性能（流量、压力、功率）会发生变化。选型时必须进行换算。核心关系基于风机相似定律和气体状态方程。

流量：风机输送的容积流量（立方米每分钟）大致保持不变（实际受气体可压缩性微小影响）。

压力：风机产生的压升（压力比或压头）与气体密度成正比。密度大的气体，出口压力高；密度小的气体，出口压力低。具体换算公式为：气体工况下的压力等于空气工况下的压力乘以（气体密度除以空气密度）。

轴功率：风机所需轴功率与气体密度成正比。输送密度大的气体耗功多。换算公式为：气体工况下的轴功率等于空气工况下的轴功率乘以（气体密度除以空气密度）。

因此，为特定工业气体选型时，需首先明确气体的密度、温度、压力等参数，然后向风机供应商提供这些数据，由专业人员进行性能修正计算和选型，确保电机功率、材料强度和密封形式都满足要求。D(La)系列风机通过调整材料、密封和内部涂层，可以适配多种上述工业气体，但必须进行定制化确认。

结论

离心鼓风机是轻稀土（铈组稀土）镧提纯工艺中不可或缺的“肺腑”。D(La)214-1.43型高速高压多级离心鼓风机以其特定的流量（214立方米每分钟）和压力（出口1.43个大气压）参数，为跳汰精选等高压供气环节提供了可靠解决方案。其高效稳定的运行，依赖于主轴、转子、轴瓦、密封系统等核心配件的高质量制造与精密装配。深入理解其工作原理，掌握科学的故障诊断与维修技术，特别是针对不同工业气体的特性进行正确的选型与应用调整，是保障稀土生产线连续、高效、安全运行的关键。随着稀土分离技术的不断进步，对配套风机的效率、可靠性及智能化控制水平也将提出更高要求，这需要风机技术与工艺技术的持续融合与创新。