轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机:D(La)678-2.27型高速高压多级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、镧提纯、离心鼓风机、D系列风机、风机维修、工业气体输送、稀土矿选矿、多级离心风机、风机配件

第一章 稀土矿提纯工艺中的离心鼓风机技术概述

1.1 轻稀土提纯工艺与风机需求

轻稀土（铈组稀土）主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)等元素，这些元素在新能源、磁性材料、催化等领域具有不可替代的作用。镧作为轻稀土中的重要成员，其提纯工艺通常包括采矿、选矿、分解、萃取、还原等多个环节。在这些工艺过程中，离心鼓风机扮演着输送气体、提供氧化还原反应气氛、浮选供气等关键角色。

稀土矿提纯对风机设备有着特殊要求：首先，工艺气体可能具有腐蚀性、易燃性或高纯度要求；其次，提纯过程需要精确的压力和流量控制；第三，设备需要适应连续生产和高可靠性要求；第四，需要考虑稀土矿特有粉尘和化学环境对设备的腐蚀和磨损问题。

1.2 稀土提专用风机系列概述

根据稀土矿提纯工艺的不同环节和气体介质要求，行业内开发了多个专用风机系列：

“C(La)”型系列多级离心鼓风机：适用于中等压力和流量的气体输送，常用于萃取和分离工序

“CF(La)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门针对稀土矿浮选工艺优化，具有特殊的抗堵塞和耐磨特性

“CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机：改进型浮选风机，提升能效和稳定性

“D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机：适用于高压、大流量的工艺环节，如氧化还原反应供气

“AI(La)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于空间受限的改造项目

“S(La)”型系列单级高速双支撑加压风机：高转速、高效率，适用于精密控制环节

“AII(La)”型系列单级双支撑加压风机：稳定性优异，适合连续长周期运行

这些系列风机均可根据工艺需求，输送包括空气、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)及混合无毒工业气体在内的多种介质。

第二章 D(La)678-2.27型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 风机型号解读与技术参数

轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机D(La)678-2.27是专门为镧提纯高压工艺环节设计的高速多级离心鼓风机。

型号中各部分的含义：

“D”：代表D系列高速高压多级离心鼓风机

“La”：表示专门针对镧提纯工艺优化设计

“678”：表示风机设计流量为每分钟678立方米

“-2.27”：表示风机出口压力为2.27个大气压（表压）

需要注意的是，在风机型号表示中，如果没有“/”符号，则表示风机进口压力为标准大气压（1个大气压）。如有特殊进口压力要求，则会以“进口压力/出口压力”的形式表示，如D(La)678-1.2/2.27表示进口压力1.2个大气压，出口压力2.27个大气压。

该型号风机主要技术特点包括：

采用多级叶轮串联设计，单级压比适中，总压比达到2.27

转速较高，通常工作在8000-15000转/分钟范围

采用整体齿轮增速结构，提高传动效率

针对镧提纯工艺中可能存在的腐蚀性气体环境，过流部件采用特殊材料

2.2 结构设计与工作原理

D(La)678-2.27型风机采用水平剖分式机壳设计，便于内部组件的检查和维护。风机由电机通过增速齿轮箱驱动主轴，主轴带动多级叶轮旋转。气体从进口法兰进入，经过导流器引导进入第一级叶轮，经叶轮做功后压力提高，随后进入扩压器将部分动能转化为压力能，然后进入下一级继续增压。经过多级增压后，气体最终达到2.27个大气压的压力要求，从出口法兰排出。

该风机的气动设计充分考虑了稀土提纯工艺的特点：

叶型采用后弯叶片设计，工作范围宽，效率曲线平坦

级间设置回流器，优化气流方向，减少冲击损失

针对不同气体介质，可调整叶片安装角度和扩压器喉部面积

密封系统专门设计，防止工艺气体泄漏和外部杂质进入

2.3 在镧提纯工艺中的应用定位

D(La)678-2.27型风机在镧提纯工艺中主要应用于以下环节：

氧化焙烧供气：为镧精矿的氧化焙烧提供充足、压力稳定的空气或富氧空气，压力需求通常在1.8-2.5个大气压之间，流量根据焙烧炉规模确定。

还原反应气体输送：在金属热还原法制备金属镧过程中，输送保护性气体（如氩气）或还原性气体（如氢气），要求气体纯度高、压力稳定。

萃取槽搅拌气源：为溶剂萃取过程中的脉冲萃取槽或空气搅拌萃取槽提供压缩气体，要求压力稳定、流量可调。

产品包装保护气供应：为高纯度镧产品的包装环境提供惰性保护气体，防止产品氧化。

该型号风机在选型时需特别注意：

准确核算工艺所需的最大和最小流量、压力参数

明确气体介质成分，特别是腐蚀性成分含量

考虑工作环境的防爆要求（如输送氢气时）

评估现场电源条件，确定电机驱动方式

第三章 风机核心配件详解

3.1 转子总成系统

转子总成是离心鼓风机的核心运动部件，对于D(La)678-2.27型风机，其转子总成包括：

主轴：采用高强度合金钢锻造，经过调质处理和精加工，确保在高转速下的强度和刚度。主轴通常设计成阶梯轴形式，各级叶轮安装位置经过精确计算，确保动力平衡和热膨胀补偿。

叶轮：采用多级闭式叶轮设计，每级叶轮包含轮盘、轮盖和叶片。针对不同气体介质，叶轮材料有所区别：

输送空气、氮气等惰性气体时：采用高强度铝合金或不锈钢

输送含腐蚀性成分气体时：采用双相不锈钢、钛合金或镍基合金

输送含粉尘气体时：叶片前缘可加装耐磨涂层或硬质合金护片

叶轮制造完成后，需进行静平衡和动平衡测试，确保残余不平衡量符合国际标准ISO1940 G2.5等级要求。

平衡盘：在多级离心风机中，平衡盘用于平衡轴向推力，减少推力轴承负荷。D(La)678-2.27型风机采用自动平衡盘设计，能根据实际工况自动调整平衡力。

3.2 轴承与润滑系统

轴瓦：D(La)678-2.27型风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑转子。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，能适应一定程度的轴变形和不对中。轴瓦内表面开有油槽，确保润滑油膜的形成和维持。

轴承箱：轴承箱不仅支撑轴承，还构成润滑油路的一部分。轴承箱设计需考虑：

足够的刚度，防止变形影响轴承对中

良好的散热性能，控制轴承工作温度

可靠的密封，防止润滑油泄漏和外部污染物进入

润滑系统：包括主油泵、辅助油泵、油箱、冷却器、过滤器等。对于高速风机，润滑油不仅起到润滑作用，还承担着冷却和清洁功能。D(La)678-2.27型风机通常采用强制循环润滑系统，确保轴承和齿轮在最佳温度下工作。

3.3 密封系统

离心鼓风机的密封系统对于防止气体泄漏、维持风机效率和安全运行至关重要。

气封（迷宫密封）：安装在叶轮进口和级间，减少内部气体泄漏。迷宫密封由一系列梳齿和腔室组成，通过多次节流膨胀达到密封效果。D(La)678-2.27型风机采用可更换式迷宫密封片，磨损后可单独更换，降低维护成本。

油封：防止润滑油从轴承箱泄漏。常用形式包括唇形密封、机械密封和迷宫密封。对于高速风机，通常采用非接触式迷宫油封，减少摩擦和发热。

碳环密封：在某些特殊应用中，如输送高纯度气体或有毒气体时，采用碳环密封作为轴端密封。碳环密封由多个碳环组成，在弹簧力作用下与轴表面保持轻微接触，形成有效密封。碳环具有自润滑性，即使干运转也能维持一定密封效果。

3.4 其他重要配件

齿轮箱：D(La)678-2.27型风机采用整体式齿轮增速箱，将电机转速提升至风机工作转速。齿轮采用渗碳淬火磨齿工艺，精度达到AGMA 13级或更高。齿轮箱配备独立的润滑和冷却系统。

进口导叶调节机构：用于调节风机流量，比出口节流调节更节能。导叶角度可通过电动或气动执行机构连续调节，实现流量从30%-100%范围内的无级调节。

底座与对中系统：风机、齿轮箱和电机安装在整体底座上，底座具有足够的质量和刚度，减少振动传递。底座上设置精确调整装置，方便安装时的对中调整。

第四章 风机维护与修理技术

4.1 日常维护要点

轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机D(La)678-2.27的日常维护对于确保长周期稳定运行至关重要：

振动监测：每日记录风机轴承座振动值，关注振动趋势变化。振动速度有效值不应超过4.5毫米/秒，加速度峰值异常往往预示早期故障。

温度监测：轴承温度不应超过85℃，润滑油进油温度控制在35-45℃，回油温度不超过70℃。温度异常升高可能是润滑不良或对中变差的征兆。

润滑系统检查：定期检查油位、油质，每3-6个月取样进行油液分析，检测金属磨损颗粒、水分含量和粘度变化。

密封检查：检查轴端有无气体泄漏或油泄漏，泄漏量增加可能预示密封磨损。

性能监测：记录风机进出口压力、流量、电流等参数，绘制性能曲线，效率下降可能预示内部磨损或结垢。

4.2 定期检修内容

D(La)678-2.27型风机的定期检修通常结合工艺停车进行，检修周期一般为12-24个月：

小修（运行6000-8000小时后）：

检查并更换润滑油、滤芯

检查联轴器对中情况并重新对中

检查基础螺栓和连接螺栓紧固情况

清洁冷却器表面

检查控制仪表和阀门

中修（运行约18000小时后）：

包括所有小修项目

打开轴承箱检查轴瓦磨损情况，测量间隙

检查齿轮箱齿面状况

检查密封间隙，必要时调整或更换

清洁风机内部，检查有无腐蚀或结垢

大修（运行约36000小时后或根据状态监测结果决定）：

包括所有中修项目

完全解体风机，检查所有部件

检查主轴直线度和表面状况

检查叶轮有无裂纹、磨损和腐蚀，必要时进行动平衡

检查机壳有无变形和腐蚀

检查齿轮箱齿轮磨损情况，测量齿隙

更换所有密封件和易损件

大修后需进行单机试车和性能测试

4.3 常见故障分析与处理

振动异常：

原因可能包括转子不平衡、对中不良、轴承损坏、基础松动等

处理：首先检查对中和基础螺栓，如无效则需停机检查转子和轴承

轴承温度高：

原因可能包括润滑不良、冷却不足、轴承磨损、负载过大等

处理：检查油质、油量、冷却水系统，测量轴承间隙

性能下降：

原因可能包括密封磨损导致内泄漏增加、叶轮流道结垢或腐蚀、进口滤网堵塞等

处理：检查密封间隙，清洁叶轮和流道，检查进口条件

异常噪音：

原因可能包括喘振、旋转失速、轴承损坏、齿轮故障等

处理：立即检查运行点是否进入喘振区，检查齿轮箱和轴承状况

4.4 转子现场动平衡技术

当D(La)678-2.27型风机因叶轮磨损或结垢导致不平衡时，需进行现场动平衡。现场动平衡的基本步骤：

在风机轴承座垂直和水平方向安装振动传感器

测量原始振动值及相位

试加配重，记录振动变化

根据影响系数法计算应加配重的大小和位置

加配重后验证振动是否达标

现场动平衡的目标是将振动值降低到原始值的10%以下或符合ISO10816-3标准要求。

第五章 工业气体输送的特殊考量

5.1 不同气体介质的风机设计调整

轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机D(La)678-2.27可根据输送气体介质的不同进行针对性设计调整：

密度差异调整：气体密度直接影响风机压比和功率。输送氢气（密度约为空气的1/14）时，相同压比下所需功率较小，但流量计量需调整；输送二氧化碳（密度约为空气的1.5倍）时，则需增大电机功率。

腐蚀性气体：如输送含氯离子或二氧化硫的工业烟气，需采用耐腐蚀材料（如双相不锈钢、哈氏合金）或增加腐蚀裕量。密封系统需特别加强，防止泄漏。

氧气输送：输送高纯度氧气时，所有过流部件需进行脱脂处理，防止油污与高压氧气接触引发燃烧。材料选择上避免使用易与氧反应的铜合金等。

氢气输送：氢气密度小、易泄漏、易燃易爆。风机设计需注重密封可靠性，通常采用干气密封或双重密封。电机和电器需符合防爆要求。

惰性气体：如氩气、氦气输送，主要考虑气体纯度保持，防止空气渗入污染气体。密封系统设计要确保向外泄漏率最小。

5.2 气体特性对风机性能的影响

气体分子量、比热比、压缩因子等特性直接影响风机性能：

分子量影响：根据风机相似定律，当气体分子量变化时，风机压比基本不变，但压力和功率与气体密度成正比。性能换算公式为：压力正比于密度，功率正比于密度。

比热比影响：比热比（等压比热与等容比热比值）影响压缩过程中的温度升高。比热比小的气体（如氩气为1.67）温升较高，需考虑材料热膨胀和冷却需求。

可压缩性影响：在高压下，实际气体偏离理想气体行为，需引入压缩因子校正。对于D(La)678-2.27型风机，当出口压力超过3个大气压时，需考虑气体可压缩性对性能的影响。

5.3 多气体介质输送的适应性设计

针对稀土提纯工艺中可能输送多种气体的情况，D(La)678-2.27型风机可采用以下适应性设计：

材料通用性：选择对多种气体均有良好耐蚀性的材料，如316L不锈钢可耐受大多数无氯离子腐蚀环境。

密封适应性：采用可调节密封系统，如间隙可调式迷宫密封，可根据气体密度和粘度调整密封间隙。

润滑隔离：对于可能污染工艺气体的润滑油，采用双端面机械密封或磁力密封完全隔离。

清洗接口：在机壳上设置清洗接口，当切换输送气体时，可进行系统吹扫和清洗。

仪表配置：配置多参数监测仪表，包括气体成分分析仪，实时监测输送气体性质变化。

5.4 安全与环保考量

工业气体输送的安全环保要求日益严格，D(La)678-2.27型风机设计需考虑：

泄漏控制：采用低泄漏密封技术，将工艺气体泄漏率控制在国家标准范围内。对于有毒有害气体，需配置泄漏检测报警装置。

防火防爆：对于可燃气体输送，风机需采用防爆电机、静电导除装置，避免火花产生。轴承温度和振动监测可预警异常摩擦发热。

噪声控制：高速风机噪声较大，需采用隔声罩、消声器等降噪措施，使厂界噪声符合《工业企业厂界环境噪声排放标准》。

能效优化：通过高效叶轮设计、进口导叶调节、变频调速等技术，提高风机运行效率，降低能耗。D(La)678-2.27型风机在设计工况下的效率通常可达82%-85%。

第六章 选型与应用建议

6.1 风机选型基本原则

为稀土提纯工艺选择离心鼓风机时，应遵循以下原则：

工艺匹配原则：风机性能曲线应完全覆盖工艺要求的流量-压力范围，并留有一定裕量。通常流量裕量取10%-15%，压力裕量取5%-10%。

高效区运行原则：风机正常运行点应位于性能曲线高效区（通常为最高效率点85%以上的区域），避免在低效区或喘振区附近运行。

可靠性优先原则：稀土提纯连续生产性强，风机选型应优先考虑可靠性，选择成熟技术和可靠品牌。

全生命周期成本原则：综合考虑采购成本、安装成本、运行能耗和维护成本，选择全生命周期成本最优的方案。

6.2 D(La)678-2.27型风机应用优化建议

针对D(La)678-2.27型风机在镧提纯工艺中的应用，提出以下优化建议：

系统配置优化：

配置进口过滤器，保护风机免受粉尘和杂质损害

设置旁路系统和防喘振阀，拓宽稳定工作范围

采用变频调速，适应工艺流量变化，节约能源

配置冗余油泵和冷却器，提高润滑系统可靠性

运行优化：

建立风机运行档案，记录每次启停和异常情况

实施状态监测和预测性维护，提前发现潜在故障

定期清洗叶轮和流道，维持风机效率

优化启停程序，减少热冲击和机械冲击

维护优化：

储备关键备件，如轴瓦、密封件、传感器等

培训专业维护人员，掌握风机特殊维护要求

与制造商建立技术支持关系，获取及时技术援助

利用大修机会进行技术改造和升级

6.3 未来技术发展趋势

随着稀土提纯技术的发展和环保要求的提高，离心鼓风机技术也在不断进步：

智能化发展：集成智能传感器和物联网技术，实现风机远程监测、故障诊断和预测性维护。

材料技术进步：新型耐腐蚀、耐高温材料应用，延长风机在苛刻环境下的使用寿命。

高效化设计：计算流体动力学(CFD)和有限元分析(FEA)技术的深入应用，优化风机气动性能和结构强度。

节能技术集成：余热回收、能量回收透平等技术与风机系统集成，提高整体能效。

标准化与模块化：风机设计和制造的标准化、模块化程度提高，缩短交货周期，降低维护成本。

结语

轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机D(La)678-2.27作为稀土提纯工艺中的关键设备，其性能、可靠性和适应性直接影响到生产效率和产品质量。正确选型、合理使用、科学维护是确保风机长期稳定运行的关键。随着稀土行业技术升级和绿色发展要求，离心鼓风机技术也将持续创新，为稀土工业提供更加高效、可靠、智能的气体输送解决方案。

作为风机技术人员，我们需要深入理解工艺需求，掌握设备特性，不断学习和应用新技术，才能充分发挥设备潜能，为稀土工业发展提供坚实的技术支撑。希望本文对从事稀土提纯和风机技术工作的同行有所启发和帮助。