轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机：D(La)389-1.28型高速高压多级离心鼓风机技术解析与应用维护

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯，铈组稀土，镧分离，D(La)389-1.28离心鼓风机，风机配件，风机修理，工业气体输送，多级离心鼓风机

一、引言：稀土提纯工艺与离心鼓风机的关键作用

稀土元素被誉为“工业维生素”，其中轻稀土（铈组稀土）包括镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）等，在冶金、石油化工、玻璃陶瓷、永磁材料等领域具有不可替代的作用。镧作为轻稀土中的重要成员，其提纯过程需要高纯度、高稳定性的工艺环境，而离心鼓风机正是保障这一环境的核心设备之一。

在镧的湿法冶金提纯过程中，从矿石分解、萃取分离到沉淀灼烧，多个环节需要精确控制的气体输送与压力系统。离心鼓风机承担着为跳汰机、浮选机、反应釜等设备提供稳定气源的关键任务，其性能直接影响到产品的纯度、回收率及生产成本。

我国稀土提纯行业经过数十年的技术积累，已形成了一系列专用风机产品线，其中“D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机因其高效、稳定、适应性强的特点，在镧提纯工艺中占据重要地位。本文将重点围绕D(La)389-1.28型风机展开技术解析，并系统介绍风机配件、维修保养及工业气体输送等相关知识。

二、D(La)389-1.28型离心鼓风机技术规格与设计特点

2.1 型号解读与技术参数

风机型号“D(La)389-1.28”遵循我国稀土专用风机命名规范：

“D”：代表D系列高速高压多级离心鼓风机，该系列专为需要较高出口压力的稀土提纯工艺设计。

“(La)”：表明该风机主要优化用于镧元素提纯工艺，其材料选择、密封设计和气流特性针对镧提纯的工况进行了专门调整。

“389”：表示风机在标准工况下的流量为每分钟389立方米。此流量范围适用于中型镧提纯生产线的气体需求，能够为多个工艺点同时供气。

“-1.28”：代表风机出口压力为1.28个大气压（表压），即相对于标准大气压提高了0.28个大气压。这个压力值经过精确计算，能够满足跳汰机、浮选槽等设备对进气压力的要求，同时保持能耗在经济区间。

需要注意的是，该型号中没有出现“/”符号，表示风机进口压力为1个标准大气压（常压吸入）。若出现如“-1.28/0.95”的表示，则代表出口压力1.28大气压，进口压力0.95大气压。

D(La)389-1.28型风机主要设计参数包括：

设计流量：389 m³/min（可调节范围320-430 m³/min）

出口压力：1.28 atm（表压）

进口压力：1 atm（绝对压力）

工作转速：根据具体配置，通常在8500-12500 rpm之间

轴功率：约285-320 kW

效率：≥82%（在设计工况点）

介质温度：-20℃至120℃（根据密封和材料配置不同）

2.2 结构特点与工作原理

D(La)389-1.28型风机采用多级离心式设计，通常包含3-5个压缩级。每一级由叶轮、扩压器和回流器组成，气体逐级增压，最终达到所需的出口压力。这种多级设计相比单级风机，能够在相同转速下获得更高的压比，同时保持较高的效率。

该风机的核心设计特点包括：

高速转子设计：采用柔性转子设计理念，工作转速超过一阶临界转速，但低于二阶临界转速。这种设计使得转子在运行中更加稳定，对不平衡量的敏感度降低。

级间冷却配置：根据用户工艺需要，可在级间设置冷却器，防止气体温升过高影响下游工艺。对于镧提纯中可能涉及的温度敏感过程，这一特性尤为重要。

材料针对性选择：与镧提纯工艺中可能接触的化学介质兼容，过流部件通常采用不锈钢316L或更高等级的耐腐蚀材料，防止稀土化合物对设备的腐蚀。

紧凑型结构：采用轴向剖分或垂直剖分机壳，便于维护检修的同时，保持了结构的紧凑性，节省安装空间。

风机的工作原理基于离心力与动能转换：电机通过增速齿轮箱驱动风机主轴高速旋转，叶轮上的叶片推动气体随之旋转，在离心力作用下气体被甩向叶轮外缘，速度和压力增加；随后高速气流进入扩压器，流速降低，动能进一步转化为压力能；最后通过回流器导向下一级叶轮入口，重复上述过程。

气体压力升高与叶轮转速的平方成正比，与叶轮直径的平方成正比。具体关系可用中文描述为：风机产生的压力与气体密度乘以叶轮圆周速度的平方成正比。流量则与叶轮进口面积和气流轴向速度成正比。

三、风机核心部件详解

3.1 风机主轴系统

主轴是离心鼓风机的“脊梁”，D(La)389-1.28型风机主轴采用高强度合金钢（如42CrMo）整体锻造，经调质处理获得良好的综合机械性能。主轴的设计需同时满足强度、刚度和临界转速的要求：

强度计算：考虑扭矩、弯矩和轴向力的复合作用，确保在最恶劣工况下有足够的安全系数。

刚度设计：保证轴的挠度在允许范围内，防止密封间隙变化过大影响性能。

临界转速避开：工作转速应避开各阶临界转速一定范围，通常要求工作转速与临界转速的比值小于0.75或大于1.3。

主轴与叶轮采用过盈配合加键连接，确保高速旋转下可靠传递扭矩。轴颈部位经高频淬火或氮化处理，提高表面硬度和耐磨性。

3.2 风机轴承与轴瓦

D(La)389-1.28型风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑，相比滚动轴承，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。轴承系统特点包括：

径向轴承：采用四油叶或可倾瓦结构，具有良好的抗振性和稳定性。瓦块背部设有调整垫片，可现场调整轴承间隙。

推力轴承：采用金斯伯里型或米切尔型可倾瓦推力轴承，能够承受转子轴向力，并自动调整瓦块倾角形成最佳油膜。

轴瓦材料：通常采用巴氏合金（锡基或铅基）衬层，这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，即使有少量杂质进入润滑系统，也不易损伤轴颈。

润滑系统：配备独立的强制润滑系统，包括主辅油泵、油冷却器、双联过滤器和蓄能器等，确保轴承在任何工况下都有充足的清洁润滑油。

轴承间隙的调整是风机装配的关键环节，径向轴承间隙一般控制在轴颈直径的千分之1.2到千分之1.5之间，需严格按照厂家数据执行。

3.3 风机转子总成

转子总成是离心鼓风机的“心脏”，包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等旋转部件的组合。D(La)389-1.28型风机的转子设计注重动平衡精度和稳定性：

叶轮：采用后弯式叶片设计，效率高且性能曲线平坦。叶轮材料根据输送介质选择，对于可能有腐蚀性的工艺气体，采用不锈钢或特种合金。每个叶轮在装配前都经过单独的动平衡校验，残余不平衡量控制在G2.5级以内。

平衡盘：位于高压端，用于平衡转子的大部分轴向力，减少推力轴承负荷。平衡盘与固定部件间的间隙需精确调整，通常控制在0.25-0.35mm。

转子动平衡：组装完成的转子总成需进行高速动平衡，平衡转速应接近工作转速。D(La)389-1.28型风机的平衡精度要求为振动速度不超过2.8mm/s。

3.4 密封系统

密封系统对于维持风机性能、防止介质泄漏至关重要，D(La)389-1.28型风机采用多层次密封设计：

级间密封：通常采用迷宫密封，利用多次节流膨胀原理减小级间泄漏。密封齿数与间隙根据压差计算确定，装配间隙一般为直径的千分之1.5到千分之2。

轴端密封：根据输送介质特性选择：

碳环密封：由多个碳环组成的浮动密封，适用于清洁气体。碳环具有良好的自润滑性，允许与轴有轻微接触而不产生过大热量。

机械密封：用于有毒、有害或贵重气体，可实现几乎零泄漏。

干气密封：最高端的密封形式，用于危险气体或要求绝对无泄漏的场合。

气封与油封：

气封：防止轴承箱润滑油泄漏到大气或工艺气体进入轴承箱。

油封：通常采用骨架油封或迷宫式油封，防止润滑油沿轴向外泄。

3.5 轴承箱与机壳

轴承箱不仅支撑轴承，还形成润滑油通道和密封腔。D(La)389-1.28型风机的轴承箱为铸铁或铸钢件，具有足够的刚度和减振性能。箱体设计有观察窗、温度计接口和振动探头接口，便于状态监测。

机壳（气缸）承受内部压力并将各部件整合为一体。多级离心鼓风机的机壳通常采用水平中分结构，便于转子安装和检修。材料根据压力等级和介质腐蚀性选择，从铸铁到不锈钢不等。

四、风机在镧提纯工艺中的应用与选型

4.1 镧提纯工艺流程与气体需求

典型的镧提纯工艺包括矿石分解、萃取分离、沉淀和灼烧等步骤，不同阶段对风机的要求各不相同：

矿石分解阶段：可能需要输送空气或氧气参与化学反应，此时风机需具备耐温和耐腐蚀特性。

萃取分离阶段：浮选过程需要稳定压力的气流产生气泡，CF(La)和CJ(La)系列浮选专用风机通常用于此环节，但D系列也可通过压力调节满足要求。

沉淀与洗涤阶段：可能需要输送氮气等惰性气体防止氧化，风机需具备良好的密封性能。

灼烧阶段：需要输送燃气和空气，风机需耐高温。

D(La)389-1.28型风机主要设计用于为跳汰机提供稳定压力气源，在镧矿的初步富集中发挥关键作用。跳汰机利用脉冲水流和上升气流的配合，根据矿物密度差异进行分选，对气流的稳定性和压力有特定要求。

4.2 与其他系列风机的对比

稀土提纯行业已形成完整的风机系列，各系列针对不同工况优化：

C(La)系列多级离心鼓风机：常规压力范围（1.1-1.5atm），效率高，维护简便，适用于一般压力需求的场合。

CF(La)和CJ(La)系列浮选专用风机：针对浮选工艺优化，气量调节范围宽，抗堵塞能力强。

AI(La)系列单级悬臂加压风机：结构简单，适用于中小流量、中低压力的场合。

S(La)系列单级高速双支撑加压风机：转速高，单级即可达到较高压比，结构紧凑。

AII(La)系列单级双支撑加压风机：转子稳定性好，适用于需要长期连续运行的场合。

相比之下，D(La)系列的优势在于更高的出口压力（可达2.5atm甚至更高）和更好的多工况适应性，特别适合流程长、阻力变化大的稀土提纯系统。

4.3 选型要点

为镧提纯工艺选择D(La)389-1.28型风机时，需考虑以下因素：

工艺气体成分：明确输送气体的组成，特别是腐蚀性成分含量，以确定材料选择。

流量与压力要求：不仅要考虑设计点参数，还要了解最小和最大需求，确保风机性能曲线能覆盖整个工作范围。

安装环境：海拔高度影响气体密度和风机性能，高温高湿环境需特殊考虑。

调节需求：若工艺需求变化大，应考虑配备变频调速或进口导叶等调节装置。

并联运行：大型生产线可能需要多台风机并联，需特别注意性能曲线的稳定性区域。

五、工业气体输送的特殊考虑

D(La)389-1.28型风机设计时已考虑多种工业气体的输送需求，但针对不同气体仍需特殊配置：

5.1 不同气体的特性与风机调整

氧气输送：必须严格去油，所有过流部件需进行脱脂处理，采用防静电设计，防止火灾风险。密封需特别考虑，通常采用氮气隔离密封。

氢气输送：氢分子小，易泄漏，需采用高精度密封（如干气密封）。同时氢气密度低，相同压力下需要的压缩功较小，但喘振线会左移，控制系统需相应调整。

二氧化碳输送：可能在特定温度压力下液化或形成干冰，需控制最低温度并考虑可能的相变。

惰性气体：氦、氖、氩等惰性气体化学性质稳定，但氦气分子小易泄漏，密封要求高；氩气密度高，需校核轴功率是否超标。

工业烟气：通常含有腐蚀性成分和颗粒物，需前置过滤装置，过流部件选用耐腐蚀材料，并考虑耐磨设计。

5.2 气体特性对风机性能的影响

输送不同气体时，风机性能会发生变化，主要影响因素包括：

气体密度：压力与密度成正比，密度变化会直接影响出口压力。密度与分子量成正比，与绝对温度成反比。

绝热指数：影响压缩温升和功率，绝热指数大的气体温升更高。

压缩系数：高压下真实气体与理想气体偏差增大，需考虑压缩系数修正。

当输送气体改变时，风机性能可通过相似定律近似换算：流量与转速成正比；压力与气体密度和转速平方的乘积成正比；功率与气体密度和转速立方乘积成正比。

六、风机维护与故障处理

6.1 日常维护要点

D(La)389-1.28型风机的稳定运行离不开规范的日常维护：

润滑系统维护：

每日检查油位、油温、油压

定期化验润滑油，一般每3-6个月一次

每运行2000-4000小时更换润滑油和滤芯

振动与温度监测：

记录轴承振动值，注意变化趋势

监测轴承温度，正常应低于75℃

定期校准振动探头和温度传感器

密封系统检查：

检查密封气压力是否正常

观察是否有异常泄漏

碳环密封需定期检查磨损情况

性能监测：

记录流量、压力、电流等运行参数

与设计曲线对比，发现性能下降及时分析原因

6.2 常见故障与处理

振动超标：

可能原因：转子不平衡、对中不良、轴承损坏、喘振等

处理措施：重新动平衡、调整对中、更换轴承、调整运行点避开喘振区

轴承温度高：

可能原因：润滑油不足或变质、轴承间隙不当、负荷过大

处理措施：检查润滑系统、调整轴承间隙、检查工艺系统阻力

性能下降：

可能原因：密封间隙过大、叶轮腐蚀或积垢、进口过滤器堵塞

处理措施：调整或更换密封、清洗或更换叶轮、清洗过滤器

异常噪声：

可能原因：喘振、叶片与静止件摩擦、轴承损坏

处理措施：调整运行工况、检查内部间隙、检查轴承状态

6.3 大修要点

D(La)389-1.28型风机一般每运行3-5年或24000-40000小时需进行大修，主要内容包括：

转子检查与修复：

检查叶轮腐蚀、磨损情况，必要时修复或更换

检查主轴直线度、表面状况

重新进行高速动平衡

轴承与密封更换：

检查轴瓦巴氏合金层，测量厚度和结合情况

更换所有密封件，包括碳环、O型圈等

调整各级密封间隙至设计值

对中调整：

风机与电机/齿轮箱的重新对中

冷态对中需考虑热膨胀的影响

辅助系统检查：

清理油路系统，包括冷却器、过滤器等

校验所有仪表和安全装置

大修后应进行试车，包括机械试车（不带负荷）和性能试车（带负荷），确认各项参数达标后方可正式投运。

七、发展趋势与技术创新

随着稀土提纯工艺的进步和节能减排要求的提高，离心鼓风机技术也在不断发展：

智能化控制：采用变频调速与先进控制算法结合，实现风量与压力的精确控制，节能效果显著。预测性维护系统通过大数据分析，提前预警潜在故障。

新材料的应用：陶瓷涂层叶轮提高耐腐蚀和耐磨性；复合材料用于轻量化转子设计；新型密封材料延长使用寿命。

高效化设计：基于计算流体力学（CFD）的叶轮和流道优化，效率可提升3-5%；多级间的匹配优化减少内部损失。

模块化设计：主要部件标准化、模块化，缩短维修时间，降低备件库存。

特殊气体处理技术：针对稀土提纯中可能出现的腐蚀性、易燃易爆气体，开发专用密封和材料解决方案。

未来，D(La)系列风机将更加注重与工艺系统的深度融合，不仅作为气源设备，更是整个提纯流程智能化控制的一部分。

八、结语

D(La)389-1.28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，其稳定高效运行直接关系到产品质量和生产成本。深入理解该型风机的技术特点、正确选型应用、规范维护保养，是每一位风机技术人员和工艺工程师的基本职责。

随着我国稀土产业的升级转型，对专用设备的要求将越来越高。作为技术人员，我们应不断学习新技术、新理念，将风机的维护管理从事后维修转向预防性维护和预测性维护，最终实现基于状态的智能维护，为稀土产业的可持续发展提供可靠保障。