轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机D(La)2120-1.49技术解析与应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯 镧(La)提纯离心鼓风机 D(La)2120-1.49风机 风机配件维修 工业气体输送 稀土冶炼专用风机

引言

在稀土冶炼工业中，特别是轻稀土（铈组稀土）的提取与纯化过程中，离心鼓风机作为关键气体输送设备，其性能直接影响生产效率和产品质量。轻稀土主要包括镧、铈、镨、钕等元素，其中镧(La)作为重要的轻稀土元素，在催化剂、储氢材料、光学玻璃等领域应用广泛。镧的提纯过程涉及多道工序，对气体输送设备的压力、流量、密封性和耐腐蚀性均有特殊要求。本文将围绕轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯专用风机D(La)2120-1.49展开详细说明，涵盖风机基础知识、型号解读、配件构成、维修要点以及工业气体输送特性等方面，为从事稀土冶炼的技术人员提供参考。

一、稀土冶炼用离心鼓风机概述

离心鼓风机是利用旋转叶轮将机械能转换为气体压力能和动能的气体输送设备。在稀土冶炼行业，特别是轻稀土提纯过程中，风机主要用于提供氧化、还原、分离等工序所需的气流，其工作稳定性直接关系到化学反应条件和产品纯度。

稀土冶炼行业常用的离心鼓风机主要包括以下几种系列：

C(La)型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联结构，每级叶轮对气体增压，最终达到较高压力。该系列风机效率高，压力稳定，适用于需要中等压力、大流量的稀土分离工序。

CF(La)型系列专用浮选离心鼓风机：专门针对稀土浮选工艺设计，能够提供稳定气泡所需的气流，确保浮选效率和稀土矿物回收率。

CJ(La)型系列专用浮选离心鼓风机：在CF系列基础上优化，适用于更复杂的浮选工况，具有更好的抗堵塞性和耐磨性。

D(La)型系列高速高压多级离心鼓风机：采用高转速设计，结合多级增压，能够提供更高的出口压力，适用于镧等轻稀土提纯过程中的高压气体输送需求，是本文重点讨论的型号。

AI(La)型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于空间有限的场合，常用于稀土冶炼中的辅助气源供应。

S(La)型系列单级高速双支撑加压风机：采用双支撑结构，运行更平稳，适用于高转速、中等压力的气体输送。

AII(La)型系列单级双支撑加压风机：在AI系列基础上加强支撑结构，提高刚性，适用于负载变化较大的工况。

这些风机可输送的气体种类广泛，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)以及混合无毒工业气体。气体性质不同，对风机的材料选择、密封方式和运行参数均有不同要求。

二、D(La)2120-1.49型号解读与技术参数

2.1 型号命名规则

以"D(La)2120-1.49"为例，按照稀土冶炼行业风机命名规范：

"D"：表示D系列高速高压多级离心鼓风机。该系列风机设计转速高，采用多级叶轮串联，能实现较高的排气压力。

"(La)"：表示该风机主要应用于镧(La)元素的提纯工艺。不同稀土元素对风机的要求有所差异，因此在型号中特别标注。

"2120"：表示风机在标准状态下的额定流量为每分钟2120立方米。这是风机选型的关键参数之一，需要根据实际工艺气体需求量确定。

"-1.49"：表示风机出口压力为1.49个大气压（表压）。这里需要特别说明，如果没有斜杠"/"符号，表示风机进口压力为标准大气压（1个大气压）。如果出现如"D(La)2120/1.2-1.49"的表示，则"1.2"表示进口压力为1.2个大气压。

对比参考型号"D(La)300-1.8"：表示D系列镧提纯风机，流量300立方米/分钟，出口压力1.8个大气压，进口压力为标准大气压。

2.2 D(La)2120-1.49主要技术参数

流量：2120立方米/分钟（标准状态）

进口压力：1个标准大气压（默认值）

出口压力：1.49个标准大气压（表压）

压力比：出口绝对压力与进口绝对压力之比约为1.49

介质：主要用于输送空气，也可根据工艺需要输送特定工业气体

配套设备：通常与稀土提纯中的跳汰机、分离柱等设备配套使用

驱动方式：通常采用电机+增速齿轮箱驱动

冷却方式：根据压力和工作温度可选择风冷或水冷

2.3 性能特点

D(La)型系列风机专门针对轻稀土提纯过程中的高压气体需求设计，具有以下特点：

高转速设计：采用高速转子，转速可达每分钟数千至上万转，通过增速齿轮箱实现，确保足够的气体动能。

多级增压：通过多个叶轮串联，每级叶轮对气体逐步增压，最终达到所需的出口压力。多级设计相比单级风机，在相同压力下效率更高，工作点更稳定。

材料特殊性：接触气体部分根据输送介质的不同选用耐腐蚀材料。如输送含氟、氯等腐蚀性气体时，过流部件需采用特种不锈钢或涂层处理。

精密平衡：转子组件经过动平衡校正，平衡精度达到G2.5级或更高，确保高速运转时的稳定性，减少振动对轴承和密封的损伤。

可调节性：通过进口导叶调节、转速调节等方式，可在一定范围内调整流量和压力，适应稀土提纯过程中工况变化。

三、D(La)2120-1.49风机主要配件详解

3.1 风机主轴

主轴是离心鼓风机的核心传动部件，承载叶轮、传递扭矩并承受多种载荷。D(La)2120-1.49风机主轴特点：

材料选择：通常采用高强度合金钢如42CrMo、35CrMo等，经过调质处理，保证足够的强度、韧性和耐磨性。

加工精度：主轴轴承位、叶轮安装位等关键部位的尺寸精度要求高，通常达到IT6级，表面粗糙度Ra0.8以下，确保与轴承、叶轮的配合精度。

热处理：经过淬火和回火处理，表面硬度达到HRC45-50，芯部保持韧性，提高抗疲劳性能。

结构设计：采用阶梯轴设计，合理过渡圆角，减少应力集中。多级风机的主轴需考虑各级叶轮的安装位置和轴向力平衡。

3.2 风机轴承与轴瓦

D(La)系列高速高压风机通常采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，原因在于滑动轴承在高速重载工况下具有更好的稳定性和承载能力。

轴承类型：采用径向滑动轴承和推力轴承组合。径向轴承承受转子重量和径向力，推力轴承承受轴向力。

轴瓦材料：常用巴氏合金（锡基或铅基）作为轴承衬材料，其具有良好的嵌入性、顺应性和抗胶合能力，能在油膜不足时提供临时保护。

润滑系统：配备强制循环油润滑系统，包括油箱、油泵、冷却器、过滤器等。润滑油不仅减少摩擦，还带走热量，确保轴承温度在安全范围内（通常低于70℃）。

间隙控制：轴瓦与轴颈之间的径向间隙是关键参数，一般为轴颈直径的千分之1.2到1.5。间隙过小易导致发热，过大则振动增加。

3.3 风机转子总成

转子总成是风机的心脏，包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等部件。

叶轮：D(La)2120-1.49采用多级叶轮，每个叶轮由轮盘、轮盖和叶片焊接或铆接而成。叶片型线经过气动优化，采用后弯式设计，效率高且性能曲线稳定。材料根据介质腐蚀性选择，常用不锈钢如304、316等。

平衡盘：用于平衡多级叶轮产生的轴向力，减少推力轴承负荷。平衡盘两侧分别受高压和低压作用，产生与轴向力反向的平衡力。

动平衡校正：转子组装后需进行高速动平衡，平衡精度直接影响风机振动水平。平衡校正采用去重或配重方式，使不平衡量低于允许值。

3.4 密封系统

密封系统防止气体泄漏和油进入流道，对风机效率和安全性至关重要。

气封：也称迷宫密封，安装在叶轮与机壳之间，通过多道曲折间隙减少级间和轴向气体泄漏。密封齿片与轴之间保持极小间隙（通常0.2-0.4mm），不接触，磨损小。

碳环密封：用于轴端密封，特别是输送特殊气体时。碳环材料具有自润滑性，能在与轴轻微接触时仍保持低磨损，密封效果好于传统迷宫密封。碳环密封由多个碳环组成，每个环在弹簧作用下与轴贴合，形成多级密封。

油封：防止润滑油从轴承箱泄漏。常用橡胶骨架油封或机械密封，根据轴径、转速和油温选择合适材料和形式。

3.5 轴承箱与机壳

轴承箱：支撑轴承和转子，保证轴承的对中性和稳定性。箱体通常为铸铁或铸钢件，具有足够的刚性，减少变形对轴承的影响。轴承箱设有观察窗、温度测点等。

机壳：也称为气缸，容纳转子、隔板等部件，形成气体流道。D(La)系列多级风机采用水平剖分式机壳，便于检修。机壳材料根据压力和介质选择，常用铸铁、碳钢或不锈钢。

四、风机维修与维护要点

4.1 日常维护

振动监测：定期检测轴承座振动值，建议使用振动分析仪。振动速度有效值一般不超过4.5mm/s。振动突然增大往往是故障前兆。

温度监控：轴承温度、润滑油温度应连续监测。轴承温度报警值通常设为75℃，停机值设为85℃。

润滑油管理：定期检查油位、油质，每3-6个月取样化验。发现水分增加、粘度变化或金属颗粒时应及时更换。滤网定期清洗或更换。

密封检查：检查轴端有无气体泄漏或油泄漏，泄漏量增大表明密封磨损。

4.2 常见故障与处理

振动超标

原因：转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动等。

处理：重新动平衡转子；检查并调整联轴器对中；检查更换轴承；紧固地脚螺栓。

轴承温度高

原因：润滑油不足或变质；冷却器效果差；轴承间隙过小；负载过大。

处理：补充或更换润滑油；清洗冷却器；调整轴承间隙；检查系统阻力是否正常。

风量风压不足

原因：过滤器堵塞；密封间隙过大导致内泄漏增加；转速下降；介质密度变化。

处理：清洗或更换滤网；调整或更换密封；检查驱动系统；核实介质参数。

异常噪音

原因：轴承损坏；转子与静止件摩擦；喘振现象。

处理：更换轴承；检查间隙调整；调整工况点避免喘振。

4.3 大修要点

D(La)2120-1.49风机每运行2-3年或出现性能明显下降时应进行大修：

解体检查：按顺序拆卸联轴器、轴承箱、机壳上盖、转子等部件，做好标记。

转子检修：检查叶轮腐蚀、磨损情况，严重时更换。检查主轴直线度、表面损伤。转子重新动平衡。

轴承轴瓦评估：测量轴瓦磨损量，巴氏合金层厚度不足原厚度1/3时应重新浇铸。检查轴颈磨损、圆度。

密封更换：迷宫密封齿磨损超过原高度50%应更换。碳环密封检查磨损和弹簧力，必要时整套更换。

对中调整：回装后重新调整风机与驱动机的对中，冷态对中需考虑热膨胀补偿。

试车：大修后先点动检查，无异常后空载运行2小时，监测振动、温度。正常后逐步加载至满负荷。

五、工业气体输送特殊考虑

稀土提纯过程中可能涉及多种工业气体的输送，不同气体特性对风机设计、运行有不同要求。

5.1 不同气体输送要点

空气：最常用介质。注意过滤，防止粉尘进入风机磨损叶轮和密封。

工业烟气：可能含腐蚀性成分（如SO₂、NOx）和颗粒物。需选择耐腐蚀材料，前设高效除尘装置，壳体考虑防腐涂层。

二氧化碳(CO₂)：密度大于空气，在相同压比下所需功率更大。注意CO₂可能冷凝形成碳酸，需控制温度或选择耐酸材料。

氮气(N₂)：惰性气体，安全性高。但氮气窒息风险，要求密封良好，特别是室内安装时需有通风措施。

氧气(O₂)：强氧化性，严禁油脂。所有接触氧气的部件需严格脱脂处理，密封材料选用抗氧化型，防止高速摩擦引发火灾。

氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)：惰性稀有气体，通常纯度要求高，要求风机密封性极好，防止泄漏损失。氦气分子小，易泄漏，需特殊密封设计。

氢气(H₂)：密度小，音速高，易泄漏且易燃易爆。风机需防爆设计，采用特殊密封（如干气密封），严格控制间隙防止摩擦火花。

5.2 气体参数换算

当输送气体非空气时，风机性能参数需换算：

流量换算：实际体积流量与标准状态体积流量关系由气体状态方程决定。

压力换算：相同转速下，风机产生的压比（出口绝对压力/进口绝对压力）与气体种类基本无关，但压差（出口压力-进口压力）与气体密度成正比。

功率换算：轴功率与气体密度成正比。输送轻气体（如氢气）时功率显著降低，输送重气体（如二氧化碳）时功率增加。

换算公式可描述为：当转速不变时，风机容积流量基本不变；质量流量与气体密度成正比；压比不变，压差与密度成正比；轴功率与密度成正比。

5.3 材料选择

根据输送气体腐蚀性选择合适材料：

空气、氮气、氩气等惰性气体：普通碳钢或铸铁

湿氯气、二氧化硫等腐蚀性气体：不锈钢316L、哈氏合金

氧气：脱脂处理的铜合金或不锈钢

氢气：防止氢脆材料，如低强度钢或特殊合金

六、D(La)2120-1.49在镧提纯工艺中的应用

在轻稀土镧的提纯过程中，D(La)2120-1.49风机主要应用于以下环节：

氧化焙烧：提供富氧空气，使稀土精矿中的铈等元素氧化，便于后续分离。要求风机压力稳定，确保氧气浓度均匀。

气体还原：在氢气或一氧化碳还原工序中输送还原气体，要求风机密封性好，防止气体泄漏和空气混入。

跳汰分选：与跳汰机配套，提供脉冲气流使矿物按密度分层。要求风机流量可调，压力稳定，适应跳汰周期变化。

气力输送：输送稀土粉末或中间产物，要求风机耐磨损，压力足够克服管道阻力。

尾气处理：输送含氟、氯等腐蚀性尾气至处理装置，要求风机耐腐蚀，材料选择特殊。

在实际应用中，需根据具体工艺参数调整风机运行点，确保在高效区工作。同时考虑稀土提纯的连续性，通常配置备用风机或关键部件备件，减少停机时间。

结论

D(La)2120-1.49高速高压多级离心鼓风机作为轻稀土镧提纯的关键设备，其性能直接影响生产效率和产品纯度。正确理解型号含义、掌握主要配件功能、实施科学维修维护、根据输送气体特性调整运行参数，是确保风机长期稳定运行的基础。随着稀土冶炼技术的不断发展，对风机的要求也将不断提高，未来风机将向更高效率、更智能化、更适应特殊工况的方向发展。作为风机技术人员，我们需不断学习新知识，积累实践经验，为稀土工业的发展提供可靠设备保障。