轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机:D(La)1214-1.93离心鼓风机基础技术解析

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)1214-1.93，多级离心风机，风机配件，风机修理，工业气体输送，稀土冶炼专用设备

引言：稀土冶炼工艺中的气体输送关键技术

在轻稀土（铈组稀土）元素分离与提纯的复杂工艺流程中，气体输送设备发挥着至关重要的作用。作为稀土冶炼领域的核心技术装备，离心鼓风机承担着为跳汰机、浮选槽、反应釜等关键设备提供稳定气源的重要任务。其中，D(La)1214-1.93型高速高压多级离心鼓风机是专门为镧(La)元素提纯工艺设计的专用设备，其性能直接影响到稀土产品的纯度、收率和生产成本。

我国作为全球稀土资源最为丰富的国家，在稀土冶炼技术领域已形成了完整的装备体系。从矿石破碎、研磨到浸出、萃取，再到最后的分离提纯，每个环节都对气体输送设备有着特殊要求。本文将围绕D(La)1214-1.93型离心鼓风机，系统阐述其技术原理、结构特点、配件配置、维修保养以及在不同工业气体输送中的应用技术，为稀土冶炼企业的设备选型、使用和维护提供专业技术指导。

第一章：轻稀土提纯工艺对风机的特殊要求

1.1 铈组稀土冶炼工艺特点

轻稀土（铈组稀土）主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)和铕(Eu)等元素，这些元素在自然界中常共生共存，化学性质相似，分离难度大。在镧元素的提纯过程中，通常采用溶剂萃取法、离子交换法或氧化还原法等技术，这些工艺对气体输送设备提出了特殊要求：

首先，工艺过程中需要稳定的气体压力和流量，以确保化学反应条件的恒定。其次，由于稀土冶炼过程中可能涉及腐蚀性介质，风机材料必须具有良好的耐腐蚀性能。再者，稀土冶炼多为连续性生产，设备需要具备高可靠性和长周期运行能力。最后，随着环保要求的提高，风机必须具备良好的密封性能，防止有害气体泄漏。

1.2 工艺气体特性分析

在镧提纯工艺中，风机可能输送的气体种类多样，主要包括：

空气：用于氧化、搅拌等工艺环节

氮气(N₂)：作为保护性气体，防止稀土元素氧化

氧气(O₂)：用于氧化特定价态的稀土离子

二氧化碳(CO₂)：调节溶液pH值，促进沉淀反应

氢气(H₂)：用于还原高价稀土离子

氩气(Ar)：作为高纯保护气体

工业烟气：热源利用或特定反应条件创造

这些气体的物理化学性质差异显著，对风机的设计、材料和运行参数都有不同要求。例如，输送氢气时需特别注意防爆和密封；输送腐蚀性气体时需采用特殊材质；输送高密度气体时需调整叶轮设计。

第二章：D(La)1214-1.93型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号命名规则与技术参数解读

D(La)1214-1.93型离心鼓风机的完整型号包含丰富信息：

“D”表示该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机，该系列专门为高压气体输送设计

“(La)”表示该风机专为镧元素提纯工艺优化设计，在材料选择、密封配置和性能曲线等方面都针对镧提纯的特殊要求进行了定制

“1214”中的“12”表示进口流量为1200立方米/分钟（实际设计值），这是风机设计的关键参数之一；“14”表示风机设计有14级叶轮，通过多级压缩实现高压比

“-1.93”表示风机出口压力为1.93个大气压（表压），相当于0.93kgf/cm²的表压或约194kPa的绝对压力

值得注意的是，该型号中未出现“/”符号，表示进风口压力为标准大气压（1个大气压），这是大多数稀土冶炼工艺的典型进气条件。如果型号中出现“/”，如“D(La)1214/0.8-1.93”，则表示进风口压力为0.8个大气压，这通常出现在高原地区或特殊工艺条件下。

2.2 工作原理与性能特点

D(La)1214-1.93型离心鼓风机基于离心力原理工作，当电机驱动主轴高速旋转时，固定在主轴上的多级叶轮随之转动，气体从进风口轴向进入风机，在高速旋转的叶轮作用下获得动能和压力能，逐级压缩后从出风口排出。

该型号风机的主要性能特点包括：

高效率设计：采用后弯型叶轮，叶片型线经过空气动力学优化，减少流动损失，整机效率可达82%-85%，比普通离心风机节能10%-15%

宽工况范围：性能曲线平坦，在流量变化30%范围内压力波动小于5%，适合稀土冶炼工艺中流量调节需求

高稳定性：转子经过严格的动平衡校验，残余不平衡量小于G2.5级，确保高速运转时的稳定性

良好的调节性能：支持进口导叶调节、变频调速等多种流量调节方式，可根据工艺需求实时调整

特殊材料应用：与气体接触的部件采用不锈钢或特殊涂层处理，防止稀土冶炼过程中可能出现的腐蚀问题

2.3 关键性能计算公式

在实际应用中，技术人员需要掌握以下关键计算公式，以便进行设备选型和运行分析：

风机轴功率计算公式：风机轴功率（千瓦）等于（流量×压力升）除以（效率系数×机械传动效率×3600），其中流量单位为立方米每小时，压力升单位为帕斯卡，效率系数取0.7-0.85根据风机类型确定

压力换算公式：1标准大气压等于101.325千帕，等于1.0332千克力每平方厘米，等于760毫米汞柱

相似定律公式：当风机转速变化时，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比

气体状态修正公式：当输送气体不是标准空气时，需根据气体密度进行性能修正，修正系数等于实际气体密度除以标准空气密度（1.293千克每立方米）

这些公式在风机选型、性能评估和故障诊断中都有重要应用，技术人员应熟练掌握。

第三章：风机主要配件详解

3.1 核心旋转组件

风机主轴：D(La)1214-1.93型风机主轴采用42CrMo高强度合金钢锻造而成，经过调质处理和精密加工，表面硬度达到HRC28-32，芯部保持良好韧性。主轴设计为多级叶轮安装结构，各级叶轮安装位置经过精确计算，确保气流平稳过渡。主轴两端配有高精度轴承安装面，圆柱度误差小于0.005mm。

风机转子总成：转子总成由主轴、14级叶轮、平衡盘、推力盘和联轴器等部件组成。每级叶轮均采用高强度铝合金或不锈钢精密铸造，经五轴数控加工中心加工，确保叶片型线和流道精度。装配前每级叶轮都经过单独平衡，总装后再次进行高速动平衡，确保在额定转速下振动值小于2.8mm/s。

3.2 轴承与润滑系统

风机轴承用轴瓦：D(La)1214-1.93采用滑动轴承设计，轴瓦材料为高锡铝合金（SnSb11Cu6），这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，能在瞬间缺油情况下保护轴颈。轴瓦内表面加工有油槽，确保润滑油均匀分布。轴瓦与轴承座采用过盈配合，配合过盈量为0.02-0.04mm，确保运行稳定性。

轴承箱：轴承箱为铸铁件，结构设计充分考虑散热需求，箱体外部设有散热筋。轴承箱内部设有油路系统，包括进油口、回油口和油位观察窗。上下箱体结合面采用定位销定位和高强度螺栓连接，确保装配精度。轴承箱与风机壳体的对中通过调整垫片实现，允许调整范围为±0.5mm。

3.3 密封系统

气封系统：D(La)1214-1.93型风机采用迷宫密封和碳环密封组合设计。在各级叶轮之间采用迷宫密封，减少内部泄漏；在轴端采用碳环密封，防止气体外泄。迷宫密封间隙控制在0.25-0.35mm之间，既保证密封效果又不与旋转部件接触。碳环密封由多个碳环组成，每个碳环内侧开有螺旋槽，在主轴旋转时产生泵送效应，进一步阻止气体泄漏。

油封系统：油封采用双唇骨架油封，主唇口防止润滑油外泄，副唇口防止外部杂质进入。对于高速端，额外增加甩油环设计，利用离心力将试图外泄的润滑油甩回轴承箱。油封材料根据润滑油类型选择，矿物油系统选用丁腈橡胶，合成油系统选用氟橡胶。

3.4 其他关键配件

进气室与扩压器：进气室设计为蜗壳形，引导气体平稳进入首级叶轮。扩压器位于每级叶轮出口，将动能转化为压力能，设计角度为6-8度，确保高效转换且不产生气流分离。

冷却系统：对于高压多级风机，气体压缩过程中会产生热量，D(La)1214-1.93设计有级间冷却器，每2-3级设置一个冷却段，将气体温度控制在工艺要求范围内。冷却器为管壳式结构，冷却水走管程，气体走壳程。

底座与对中系统：风机与电机安装在整体式钢制底座上，底座经过时效处理消除内应力。对中采用激光对中仪，确保风机与电机轴线偏差小于0.05mm，角度偏差小于0.05mm/m。

第四章：风机维护与修理技术

4.1 日常维护要点

运行监控：每日记录风机运行参数，包括进口压力、出口压力、流量、电流、振动值和轴承温度。对于D(La)1214-1.93型风机，轴承温度应控制在75℃以下，振动值不应超过4.5mm/s，电流波动范围应在额定值的±5%内。

润滑管理：使用ISO VG32或VG46透平油，首次运行500小时后更换润滑油，之后每运行4000小时或每年更换一次。定期检查油质，通过油品分析监测油中水分含量、颗粒污染度和添加剂消耗情况。

密封检查：每月检查碳环密封磨损情况，正常磨损量应小于0.1mm/1000小时。检查迷宫密封间隙，若间隙超过设计值50%应考虑修复或更换。

4.2 定期检修项目

小修（每运行8000小时）：

检查并紧固所有连接螺栓

清洗油过滤器、空气过滤器

检查联轴器对中情况并调整

检查碳环密封磨损情况，必要时更换

清理冷却器表面灰尘和污物

中修（每运行24000小时）：

包括所有小修项目

拆卸检查轴承和轴瓦，测量间隙

检查叶轮表面磨损和腐蚀情况

检查主轴直线度，测量轴颈圆度和圆柱度

校验安全阀和仪表系统

大修（每运行48000小时）：

包括所有中修项目

转子总成返厂进行动平衡校验

检查风机壳体内壁腐蚀和磨损情况

更换所有密封件和易损件

全面检查电气控制系统

4.3 常见故障诊断与处理

振动超标：

可能原因：转子不平衡、对中不良、轴承损坏、基础松动

诊断步骤：首先检查基础螺栓紧固情况；其次使用振动分析仪确定振动频率特征，判断故障类型；最后根据分析结果采取相应措施，如重新平衡转子、调整对中或更换轴承

温度过高：

可能原因：润滑不良、冷却系统故障、过载运行

处理措施：检查油位和油质，清洗冷却器，检查工艺系统是否阻力过大

压力不足：

可能原因：密封磨损导致内泄漏增加、过滤器堵塞、转速下降

处理措施：检查迷宫密封和碳环密封间隙，清洗或更换过滤器，检查电机和变频器状态

异常噪音：

可能原因：轴承损坏、叶片松动、喘振现象

处理措施：停机检查轴承和叶轮紧固情况，调整运行工况避免进入喘振区

4.4 修理技术要点

轴颈修复：当轴颈磨损量小于0.3mm时，可采用镀铬或喷涂修复；磨损量大于0.3mm时，需进行堆焊后重新加工。修复后需保证轴颈表面硬度不低于原设计值的90%。

叶轮修复：叶片磨损可采用耐磨焊条补焊，补焊后需打磨至原叶型。如叶轮出现裂纹，应分析裂纹原因，小裂纹可打磨后补焊，大裂纹或关键部位裂纹建议更换叶轮。

壳体修复：壳体磨损可采用耐磨涂层修复，涂层厚度一般不超过3mm，以免影响内部流道尺寸。修复后需检查壳体同心度，确保与转子对中。

第五章：工业气体输送技术要点

5.1 不同气体的输送特点

氧气输送：输送氧气时需特别注意禁油处理，所有与氧气接触的部件需彻底脱脂。密封系统需采用非油润滑材料，如聚四氟乙烯或石墨材料。运行中需控制温升，防止局部过热引发危险。

氢气输送：氢气密度小、易泄漏，密封系统需特别加强。由于氢气爆炸范围宽，电气系统需符合防爆要求。叶轮设计需考虑气体密度小带来的低负载特性，防止电机过载。

腐蚀性气体输送：输送含腐蚀成分的工业烟气时，与气体接触的部件需采用耐腐蚀材料，如316L不锈钢或哈氏合金。需定期检查腐蚀情况，特别是焊缝和热影响区。

惰性气体输送：输送氩气、氮气等惰性气体时，需特别注意系统密封性，防止气体泄漏造成工艺条件变化和经济损失。

5.2 气体性质对风机设计的影响

密度影响：气体密度直接影响风机压力和功率。对于轻气体（如氢气），相同转速下产生的压力较小，需提高转速或增加级数；对于重气体（如二氧化碳），需加强轴系设计，防止过载。

压缩性影响：对于高压比工况，气体压缩性不可忽略。多级风机设计时需考虑气体温度升高和密度变化，合理分配各级压缩比。

湿度影响：湿气体会引起腐蚀和沉积，特别是在温度变化时。输送湿气体时需考虑排水设计和防腐措施。

5.3 稀土冶炼专用风机系列特点

除了D系列外，稀土冶炼中还常用以下系列风机：

C(La)系列多级离心鼓风机：适用于中等压力、大流量工况，常用于浸出和搅拌工艺，结构相对简单，维护方便。

CF(La)和CJ(La)系列专用浮选离心鼓风机：专门为浮选工艺设计，压力稳定，流量调节范围宽，能适应浮选槽液位变化带来的压力波动。

AI(La)系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于空间受限的场合，常用于小型实验线或辅助工艺环节。

S(La)系列单级高速双支撑加压风机：转速高，单级压比大，适用于需要中等压力但安装长度受限的场合。

AII(La)系列单级双支撑加压风机：结构刚性好，运行稳定，适用于长期连续运行的关键工艺环节。

这些系列风机各有特点，在稀土冶炼工艺链的不同环节发挥着重要作用。选择时需综合考虑工艺要求、安装条件、运行成本和维护便利性等因素。

第六章：选型与应用建议

6.1 D(La)1214-1.93型风机选型要点

工艺匹配：首先明确工艺需求，包括所需流量、压力、气体性质和工作制度。对于镧提纯工艺，通常需要稳定的压力供给，流量可根据生产规模调整。

安装环境：考虑安装现场的空间限制、基础条件、环境温度和海拔高度。高海拔地区需考虑空气密度降低对性能的影响，需进行性能修正。

运行经济性：综合考虑采购成本、运行能耗和维护费用。D(La)1214-1.93型风机虽然初期投资较高，但高效率设计可降低长期运行成本。

扩展性：考虑未来工艺调整或产能扩大的可能性，选择有一定余量的型号或设计时可扩展的结构。

6.2 系统配置建议

进口过滤系统：配置两级过滤，粗滤去除大颗粒，精滤保证气体洁净度。过滤精度应根据工艺要求选择，一般不低于10μm。

消声装置：风机进出口配置消声器，降低噪声污染。消声器选择需平衡消声效果和压力损失。

控制系统：配置完整的监控系统，包括压力、温度、振动、流量等参数监测，以及超限报警和自动停机保护。

备用机制：对于关键工艺环节，建议配置备用风机或建立快速维修机制，确保生产连续性。

6.3 运行优化建议

工况调节：根据实际生产需求调节风机运行参数，避免长时间在低效区运行。变频调速是有效的节能手段，可节电20%-40%。

预防性维护：建立完善的预防性维护体系，基于运行数据预测设备状态，提前安排维护，减少非计划停机。

性能监测：定期测试风机性能，与初始性能曲线对比，评估设备状态，及时发现性能劣化趋势。

人员培训：加强操作和维护人员培训，使其熟悉设备原理、操作要点和故障处理方法，提高设备使用水平。

结语

D(La)1214-1.93型高速高压多级离心鼓风机作为轻稀土（铈组稀土）镧提纯工艺的关键设备，其性能直接影响稀土产品的质量和生产成本。通过深入了解其工作原理、结构特点、维护要点和选型应用技术，稀土冶炼企业可以更好地发挥设备效能，延长设备寿命，降低运行成本。

随着稀土冶炼技术的不断发展和环保要求的日益提高，离心鼓风机技术也在不断进步。未来，稀土专用风机将向更高效率、更智能化、更环保的方向发展。作为风机技术专业人员，我们需要不断学习新技术，积累实践经验，为稀土工业的发展提供可靠的装备支持。

风机技术是理论与实践紧密结合的领域，只有在深入理解基本原理的基础上，结合丰富的现场经验，才能做好风机的选型、使用和维护工作。希望本文能为从事稀土冶炼及相关行业的技术人员提供有益的参考，共同推动我国稀土工业的技术进步和产业升级。