轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机技术详解:以D(La)1532-1.31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、镧分离、离心鼓风机、D(La)1532-1.31、风机配件、风机维修、工业气体输送、多级离心风机、稀土冶炼专用设备

一、轻稀土(铈组稀土)提纯工艺与风机技术要求

轻稀土元素，特别是铈组稀土（包括镧、铈、镨、钕等），在现代化工、冶金、新材料等领域具有不可替代的作用。镧(La)作为轻稀土家族的重要成员，其提纯过程涉及萃取分离、化学沉淀、焙烧还原等多道工序，这些工序对气体输送设备提出了特殊要求。在镧的湿法冶炼和火法精炼过程中，离心鼓风机承担着提供氧化气氛、输送反应气体、维持系统压力平衡等关键功能，其性能直接影响产品纯度、能耗水平和系统稳定性。

稀土提纯用风机需要满足以下几项核心技术要求：首先，必须适应复杂的化学环境，能够稳定输送含有酸性成分、水汽及微量腐蚀性物质的工艺气体；其次，要求在变工况条件下保持压力稳定，确保反应器内气氛可控；第三，必须实现高效节能，降低稀土生产的高能耗特点；最后，需要具备高可靠性，减少非计划停机对连续生产过程的影响。这些特殊需求催生了稀土行业的专用风机系列，其中“D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机正是为满足镧提纯高压气源需求而设计的代表性产品。

二、D(La)1532-1.31型离心鼓风机完整技术解析

2.1 型号命名规则与基本参数

根据行业统一的命名规范，“D(La)1532-1.31”这一完整型号包含了以下技术信息：

“D”代表该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机，这一系列专门针对高压气体输送需求设计，采用多级叶轮串联结构，能够实现单机高压比输出。

“La”表示该风机优化设计用于镧提纯工艺，在材料选择、密封配置和防腐蚀处理方面进行了针对性优化。

“1532”中的“15”表示风机进口流量为1500立方米/分钟（标准状态），这是风机选型的核心参数之一，需根据实际生产工艺的气体消耗量确定；“32”表示风机叶轮直径为320毫米，这一尺寸直接影响风机的压比和效率特性。

“-1.31”表示风机在设计工况下的出口绝对压力为1.31个大气压（即表压0.31kgf/cm²或约31kPa）。需要特别说明的是，按照命名规则，如果没有“/”符号分隔进口压力值，则表示进口为标准大气压（1.013bar）。因此，该风机的实际压力提升量为0.31个大气压。

2.2 设计与结构特点

D(La)1532-1.31型风机采用多级离心式设计，通常包含3-5级叶轮，每级叶轮之间设置导叶装置，用于将动能有效转化为压力能。其核心设计理念是在保证足够压力提升的前提下，尽可能提高等熵效率，降低能耗。

该型号风机采用整体齿轮增速结构，通过高速齿轮箱将电机转速提升至工作转速（通常在10000-25000rpm范围），使每级叶轮都能在最佳效率点附近运行。机壳采用水平剖分式设计，便于维护和检修，材料上选用耐腐蚀合金或碳钢内衬防腐涂层，以适应稀土提纯过程中可能存在的微量腐蚀性气体。

气动设计方面，叶轮采用后弯式叶片，兼顾压力系数和效率，流道经过精细化CFD模拟优化，减少流动分离和二次流损失。每级压比控制在1.1-1.3之间，通过多级串联实现总压力提升，这种设计相比单级高压风机具有更宽的稳定工作范围和更高的效率。

三、D(La)1532-1.31风机关键配件详解

3.1 风机主轴系统

主轴是离心鼓风机的核心传动部件，D(La)1532-1.31型风机的主轴采用高强度合金钢（如42CrMo或类似材质）整体锻造而成，经过调质热处理，表面硬度达到HRC28-32，芯部保持足够的韧性。主轴设计需通过临界转速分析，确保工作转速远离一阶和二阶临界转速，通常设计安全系数大于1.25。轴颈部位经过高频淬火或氮化处理，提高耐磨性，表面粗糙度要求达到Ra0.4以下，以保证与轴瓦的良好配合。

3.2 轴承与轴瓦组件

该型号风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑，相比滚动轴承具有承载能力大、阻尼特性好、寿命长等优势，特别适合高速旋转机械。轴瓦材料通常采用锡基巴氏合金（SnSb11Cu6），厚度3-5毫米，浇铸在钢背瓦体上。巴氏合金具有优异的嵌入性和顺应性，能够容忍微小的不对中和杂质侵入。

轴瓦设计需要考虑比压、线速度、PV值等关键参数，确保在油膜润滑状态下工作。供油系统采用强制润滑，油压维持在0.15-0.25MPa，进油温度控制在35-45°C，通过热交换器保持油温稳定。每块轴瓦配备温度传感器，实时监控轴承温度，报警值通常设定为75°C，停机值设定为85°C。

3.3 转子总成

转子总成包括主轴、各级叶轮、平衡盘、推力盘和联轴器部件。叶轮采用高强度铝合金（如ZL104）或马氏体不锈钢（如410）精密铸造，经过X射线探伤和动平衡校正。每个叶轮单独进行动平衡，精度等级达到G2.5；整机装配后再次进行高速动平衡，确保在工作转速下振动值低于2.8mm/s（RMS）。

平衡盘设计用于抵消转子轴向推力，其直径与叶轮密封间隙需精确计算，确保在正常工作状态下推力轴承仅承受残余推力。推力轴承采用金斯伯雷型或米契尔型可倾瓦块设计，能够自动适应转子位置变化。

3.4 密封系统

密封系统对于保持风机效率和防止介质泄漏至关重要，D(La)1532-1.31型风机采用三级密封组合设计：

气封（迷宫密封）：在叶轮进口和级间设置迷宫式密封，利用多次节流膨胀原理减少内泄漏。密封齿数通常为5-7齿，齿顶间隙控制在0.3-0.5毫米（半径方向），材料多采用铝合金或铜合金，避免与转子碰擦时产生火花。

油封（机械密封或填料密封）：在轴承箱与机壳交界处设置油封，防止润滑油外泄和气体进入轴承箱。对于较高压力工况，采用机械密封，动静环材料为硬质合金对石墨；对于一般工况，可采用螺旋式或碳纤维编织填料密封。

碳环密封（可选配置）：针对输送特殊气体或要求零泄漏的场合，可配置碳环密封。碳环由多个弧段组成，在弹簧力作用下紧贴轴套表面，实现接触式密封。碳材料具有自润滑特性，允许短期干运转，特别适合启停频繁的工况。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱为整体铸铁结构，内设油池和导油槽，确保润滑油顺畅流动。箱体设计有观察窗、呼吸器和磁性排屑栓，便于日常维护。润滑系统包括主油泵（通常由主轴驱动）、辅助油泵（电机驱动，用于启停阶段）、油冷却器、双联过滤器和压力调节阀。油过滤器精度为10-15微米，确保润滑油清洁度达到NAS 8级以上。

四、稀土提纯工艺中其他专用风机系列简介

4.1 “C(La)”型系列多级离心鼓风机

C系列是中压多级离心鼓风机，适用于镧提纯过程中需要中等压力（出口压力1.2-2.5bar）的气体输送场合，如氧化焙烧炉的助燃空气供给。该系列采用传统多级设计，转速相对较低，维护简便，性价比高。叶轮通常为钢制焊接结构，机壳为铸铁，适用于清洁或轻微腐蚀性气体。

4.2 “CF(La)”与“CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机

浮选工艺是稀土矿初选的关键环节，需要稳定、连续的低压大流量空气供应。CF系列采用单级高速设计，转速可达6000-10000rpm，效率高，结构紧凑。CJ系列则为双级或多级低速设计，运行稳定，噪音低。两者均可提供0.5-1.2bar的出口压力，流量范围50-800m³/min，专门针对浮选槽曝气需求优化了气流脉动特性。

4.3 单级加压风机系列

“AI(La)”型单级悬臂加压风机：适用于小流量、中高压力的工艺点，如实验室规模或辅助工艺线。悬臂设计消除了内轴承，避免了气体污染润滑油的风险，但功率一般限制在300kW以下。

“S(La)”型单级高速双支撑加压风机：采用齿轮箱增速，转速可达20000rpm以上，单级压比高，适用于需要紧凑安装的场合。双支撑设计提高了转子刚性，适合较宽的工作范围。

“AII(La)”型单级双支撑加压风机：传统单级离心风机，转速1500-3000rpm，直接电机驱动，结构简单可靠，维护成本低，广泛应用于各种辅助供气系统。

五、稀土提纯风机输送工业气体的特殊考虑

5.1 不同气体的物性影响

离心鼓风机的性能与输送气体的物理性质密切相关，在设计选型时必须考虑以下因素：

气体常数与分子量：轻气体（如氢气、氦气）分子量小，声速高，压缩时温升小，但需要的叶轮周速高；重气体则相反。输送氢气时，风机需特殊防爆设计和材料选择。

等熵指数（绝热指数）：影响压缩过程的温升和功耗。单原子气体（氦、氩、氖）的等熵指数为1.67，双原子气体（氮、氧、一氧化碳）为1.4，多原子气体（二氧化碳）为1.3。指数越高，压缩温升越大，需要更强的冷却措施。

腐蚀性与化学反应性：氧气输送需禁油设计，所有接触表面需脱脂处理，材料选择避免催化氧化；二氧化碳在潮湿环境下形成碳酸，需耐酸腐蚀材料；工业烟气含有硫化物、氟化物等，需特种不锈钢或涂层保护。

5.2 气体输送的安全规范

输送易燃易爆气体（氢气、一氧化碳等）时，风机需满足防爆要求：电机防爆等级至少Exd IIB T4，静电接地可靠，叶轮与机壳采用碰擦时不产生火花的材料组合（如铝青铜叶轮配不锈钢机壳）。输送氧气时，除禁油外，还需控制流速避免静电积聚，所有螺栓需采用防松脱设计。

5.3 多组分混合气体输送

稀土提纯过程中常涉及混合气体输送，如还原性气氛（H₂+N₂）、保护性气氛（Ar+H₂）等。此时风机设计需按混合气体的平均分子量、等熵指数和压缩因子进行计算。特别要注意露点控制，防止其中某一组分在压缩过程中冷凝，引起液击或腐蚀。

六、D(La)1532-1.31风机常见故障与维修要点

6.1 振动异常处理

振动是离心风机最常见的故障现象，可能原因包括：

转子不平衡：需现场动平衡校正，先试加配重块找出影响系数，再计算精确配重量

对中不良：重新激光对中，冷态对中需考虑热膨胀偏移量

轴承磨损：检查轴瓦间隙，标准间隙为轴径的0.1%-0.15%

气动激振：避免在喘振区运行，检查进口过滤器是否堵塞

6.2 性能下降分析

流量或压力达不到设计值可能由于：

密封间隙过大：检查迷宫密封磨损情况，半径方向间隙超过0.8mm需更换

叶轮腐蚀或积垢：定期检查，特别是输送腐蚀性气体时

转速下降：检查联轴器传递效率，电机是否缺相运行

进口条件变化：实际气体温度、压力、成分与设计值不符

6.3 温度异常处理

轴承温度高可能原因：

润滑油问题：油质劣化、油量不足、油温过高或过低

轴瓦接触不良：需刮研修正，接触面积应大于70%

载荷过大：检查是否超压运行，系统阻力是否增加

排气温度异常通常与冷却系统有关，检查中间冷却器或后冷却器的换热效率，清洗管束，保证冷却水流量和温度符合设计要求。

6.4 大修周期与内容

D(La)系列风机建议每运行24000-30000小时或每3-4年进行一次全面大修，内容包括：

转子全面检查：磁粉探伤检查轴和叶轮，测量轴弯曲度（全长不大于0.03mm）

密封更换：全部迷宫密封、碳环密封和机械密封更新

轴承检修：更换全部轴瓦，推力轴承检查调整

齿轮箱检查（如有时）：齿轮啮合检查，轴承更换

对中复位：重新进行冷态和热态对中调整

性能测试：大修后需进行工厂测试或现场性能验证

七、稀土提纯风机选型与运行优化建议

7.1 选型基本原则

选型应遵循“工艺需求主导，安全可靠为基础，高效节能为目标”的原则：

准确获取工艺参数：包括气体成分、流量范围、进口压力和温度、出口压力要求、年运行时间等

安全余量合理：流量余量建议5%-10%，压力余量3%-5%，避免“大马拉小车”

工况适应性：考虑生产工艺可能的变化，选择具有较宽高效区的机型

全生命周期成本：综合考虑采购成本、运行能耗、维护费用和备件可获得性

7.2 运行优化措施

变速调节优于节流调节：采用变频驱动，在部分负荷时可显著降低能耗，一般可节能20%-40%

多台并联优化：对于大流量需求，采用多台风机并联，通过台数控制适应负荷变化，提高系统可靠性和部分负荷效率

热回收利用：对于压缩温升较大的场合（如压缩氧气、氮气），可考虑利用压缩热预热工艺物料或产生低压蒸汽

智能监控与预测性维护：安装在线振动监测、温度监测和性能监测系统，基于数据分析预测故障，减少非计划停机

7.3 与工艺系统的匹配

风机必须与整个稀土提纯系统良好匹配：

与反应器匹配：压力控制需考虑反应器阻力变化，必要时设置压力自动调节

与管道系统匹配：合理设计进出口管道，避免急弯和截面突变，减少系统阻力

与净化系统匹配：进口过滤器需定期维护，保证进气洁净度；对于含尘气体，需在风机前设置高效除尘器

八、结语

D(La)1532-1.31型高速高压多级离心鼓风机作为轻稀土镧提纯工艺中的关键设备，其设计融合了流体力学、材料科学、机械制造和自动控制等多学科技术。正确选型、规范安装、精心维护和科学管理，是保证风机长期稳定运行、降低能耗、提高稀土提纯经济效益的基础。

随着稀土工业向绿色化、智能化方向发展，未来稀土提纯专用风机将朝着更高效率、更宽工况适应性、更低维护需求和更好智能交互体验的方向演进。新材料（如陶瓷涂层、复合材料叶轮）、新结构（如磁悬浮轴承、干气密封）和智能控制技术的应用，将使风机在稀土提纯工艺中发挥更加重要的作用。

作为风机技术专业人员，我们应深入理解稀土生产工艺特点，不断更新专业知识，掌握先进技术，为稀土工业提供更优质、更高效、更可靠的气体输送解决方案，助力我国稀土产业的技术升级和可持续发展。