轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机基础知识详解:以D(La)1035-2.4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、镧提纯风机、D(La)1035-2.4型离心鼓风机、多级离心鼓风机、风机配件、风机维修、工业气体输送

一、稀土矿提纯与离心鼓风机技术概述

稀土元素作为现代工业的“维生素”，在新能源、航空航天、电子信息等战略领域具有不可替代的作用。轻稀土（铈组稀土）主要包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕等元素，其中镧（La）因其独特的物理化学性质，在储氢材料、光学玻璃、催化剂等领域应用广泛。镧的提纯工艺复杂，涉及焙烧、酸溶、萃取、结晶等多个环节，每个环节都对气体输送设备提出了特殊要求。

离心鼓风机在稀土提纯工艺中承担着关键的气体输送任务，包括提供氧化还原气氛、输送反应气体、维持系统压力平衡等。与传统风机相比，稀土提纯专用风机需要满足耐腐蚀、高压力、流量稳定、密封可靠等特殊要求。我国风机企业针对稀土行业特点，开发了多个系列专用产品，形成了完整的技术体系。

二、稀土提纯专用离心鼓风机系列介绍

2.1 各系列风机特点与应用场景

根据稀土提纯工艺的不同阶段和气体性质，目前主要应用以下几大系列风机：

“C(La)”型系列多级离心鼓风机采用传统多级设计，效率高、运行平稳，适用于中等压力要求的工艺环节，如稀土焙烧炉的助燃空气供应。该系列风机采用铸铁或铸钢机壳，叶轮根据气体性质选用不锈钢或特种合金材料。

“CF(La)”型系列专用浮选离心鼓风机专为稀土浮选工艺设计，具有流量调节范围宽、抗负载波动能力强等特点。风机内部流道经过特殊优化，能够适应浮选药剂挥发物对叶轮的潜在影响，保持长期稳定运行。

“CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机是在CF系列基础上的升级产品，重点优化了密封系统和轴承结构，更适合于含有微量腐蚀性气体的浮选环境。其独特的迷宫密封与碳环密封组合设计，有效防止了浮选药剂蒸汽进入轴承箱。

“D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机是本文重点介绍的型号，采用高速电机直驱或齿轮增速设计，转速可达每分钟数万转，能够提供1.5-3.5个大气压的出风压力，完全满足稀土萃取、结晶等高压环节的需求。D系列风机采用整体铸造机壳，刚性强度高，热变形小。

“AI(La)”型系列单级悬臂加压风机结构紧凑，维护方便，适用于空间受限的改造项目或辅助工艺环节。悬臂设计避免了气体对轴承的潜在污染，但需要更精细的动平衡校正。

“S(La)”型系列单级高速双支撑加压风机采用两端支撑的转子结构，运行稳定性极高，适合长期连续运行的场合。高速设计使其在单级情况下也能达到较高压比，是稀土高温处理工序的理想选择。

“AII(La)”型系列单级双支撑加压风机在AI系列基础上增加了非驱动端支撑，提高了转子刚性，适用于流量较大但压力要求中等的稀土干燥、冷却等工序。

2.2 可输送工业气体特性分析

稀土提纯工艺涉及多种工业气体，每种气体对风机设计都有特殊要求：

空气：最常用的工艺气体，需要注意的是稀土生产环境的空气可能含有酸雾、碱雾等腐蚀性成分，需要风机具备一定的防腐能力。

工业烟气：成分复杂，含有SO₂、NOx等腐蚀性气体及固体颗粒物，风机需要耐高温、耐腐蚀、耐磨三重防护，通常采用特种涂层或材质。

二氧化碳CO₂：在稀土碳酸盐沉淀工艺中广泛应用。CO₂密度大于空气，对风机功率有不同要求，同时湿CO₂具有弱酸性，需要考虑材质耐蚀性。

氮气N₂：主要用于惰性保护气氛。氮气分子量较小，风机的特性曲线会发生变化，需要重新校核工作点。

氧气O₂：稀土氧化焙烧的关键气体。氧气输送需要严格的禁油处理，所有接触氧气的部件必须脱脂，并采用防静电设计防止火花产生。

稀有气体（氦气He、氖气Ne、氩气Ar）：主要用于特种稀土材料的制备。这些气体分子量与空气差异大，风机需要专门设计或调整转速。

氢气H₂：稀土氢化反应的重要原料。氢气密度极小，易泄漏，对密封系统要求极高，同时需要防爆设计。

混合无毒工业气体：稀土工艺中常见的气体混合物，风机设计需要综合考虑混合气体的平均分子量、绝热指数、腐蚀性等参数。

三、D(La)1035-2.4型高速高压多级离心鼓风机详解

3.1 型号命名规则与技术参数解读

“D(La)1035-2.4”型离心鼓风机的完整解读如下：

“D”代表高速高压多级离心鼓风机系列，是专门为高压气体输送设计的机型；“(La)”表示该风机针对镧提纯工艺进行了专门优化，包括材质选择、密封设计、耐腐蚀处理等方面；“1035”表示风机在设计工况下的流量为每分钟1035立方米，这个流量范围能够满足中型稀土提纯生产线的气体需求；“-2.4”表示风机出口压力为2.4个大气压（表压），进口压力默认为1个大气压（绝对压力），即风机能够提供1.4公斤/平方厘米的压力提升。

值得注意的是，如果型号中有“/”符号，如“D(La)1035/2.0-2.4”，则表示进口压力为2.0个大气压，出口压力为2.4个大气压，压差为0.4个大气压。这种命名方式能够更精确地描述风机的工作条件。

3.2 结构特点与工作原理

D(La)1035-2.4型风机采用垂直剖分式机壳，方便拆卸维护。内部通常包含3-6个压缩级，每级由叶轮、扩压器、回流器组成。气体从进口进入第一级叶轮，在高速旋转的叶轮中获得动能，然后在扩压器中将动能转化为压力能，通过回流器导向下一级叶轮，经过多级压缩后达到所需压力。

该型号风机转速通常在每分钟10000-30000转之间，通过齿轮箱增速或高速电机直驱实现。高速设计减少了风机体积和重量，但同时对转子动力学设计、轴承系统和密封系统提出了更高要求。

3.3 在镧提纯工艺中的具体应用

在镧提纯过程中，D(La)1035-2.4型风机主要应用于以下环节：

高压萃取过程：稀土萃取分离需要将有机相与水相充分混合，高压气体注入能够提高混合效率，加速传质过程。2.4个大气压的压力能够克服萃取槽的液柱阻力，确保气体均匀分布。

结晶釜加压：某些镧盐的结晶需要在加压条件下进行，以改变溶解度、提高结晶速率和产品纯度。风机提供的稳定压力是结晶过程可控的关键。

气体保护系统：高纯镧的制备需要在惰性气氛下进行，防止氧化。风机能够连续提供稳定的氩气或氮气流，维持反应器的正压状态，阻止空气渗入。

工艺气体循环：在闭路工艺中，风机用于循环使用昂贵或有害的工艺气体，如氢气、氯气等，提高气体利用率，减少排放。

四、风机关键配件详解

4.1 风机主轴系统

D(La)1035-2.4型风机主轴采用高强度合金钢锻造，如42CrMo或35CrMoV，经过调质处理获得良好的综合机械性能。主轴设计需要考虑临界转速避开工作转速的30%以上，以防止共振。对于高速风机，一阶临界转速通常远低于工作转速（刚性轴设计），或远高于工作转速（柔性轴设计），D系列一般采用刚性轴设计，确保运行稳定性。

主轴与叶轮的连接通常采用过盈配合加键连接，过盈量需要精确计算，既要保证传递扭矩的可靠性，又要避免过大的装配应力。部分高端型号采用液压胀紧套连接，实现无键连接，减少应力集中。

4.2 轴承与轴瓦系统

高速高压离心鼓风机常采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，原因在于滑动轴承具有更好的阻尼特性、更高的承载能力和更长的使用寿命。D(La)1035-2.4型风机采用可倾瓦轴承，这种轴承由多块可以自由摆动的瓦块组成，每块瓦块都能形成最佳油楔，具有优异的稳定性，能够有效抑制油膜振荡。

轴瓦材料通常为巴氏合金（锡锑铜合金），厚度约1-3毫米，浇铸在钢背衬上。巴氏合金具有良好的嵌入性和顺应性，能够在少量杂质进入润滑油时保护主轴不被划伤。轴瓦间隙是关键参数，一般控制在主轴直径的千分之1.2到1.5之间，间隙过小会导致发热，间隙过大会引起振动。

4.3 风机转子总成

转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘、推力盘等旋转部件。每个叶轮都经过精密加工和动平衡校正，单级叶轮的不平衡量要求控制在G2.5级以内。多级叶轮装配后，需要进行整体高速动平衡，平衡转速尽可能接近工作转速，以校正转子在高速下的变形影响。

平衡盘用于平衡转子的大部分轴向力，减少推力轴承的负荷。推力盘与推力轴承配合，承受剩余的轴向力并确定转子的轴向位置。转子总成的装配需要在恒温洁净车间进行，避免温度变化影响过盈配合精度，防止灰尘进入影响平衡。

4.4 密封系统

气封：通常采用迷宫密封，在转子和静止部件之间形成一系列节流间隙和膨胀腔，使气体泄漏路径曲折，减少泄漏量。迷宫密封片材料比转子材料软，通常为铝青铜或不锈钢，避免与转子碰擦时损坏转子。密封间隙一般控制在0.3-0.5毫米，需要综合考虑泄漏量和安全性。

油封：防止润滑油从轴承箱泄漏，同时防止外部污染物进入。D系列风机通常采用双道骨架油封或机械密封，对于高速部位，油封的线速度需控制在允许范围内，否则会快速磨损。

碳环密封：在输送有毒、有害或贵重气体时采用。碳环由多个弧形段组成，依靠弹簧力抱紧主轴，实现接触式密封。碳材料具有自润滑性，即使少量接触也不会损伤主轴。碳环密封泄漏量极小，但会产生摩擦热，需要设计冷却系统。

4.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱不仅支撑轴承，还形成润滑油腔。箱体设计需要足够的刚性，防止在负荷下变形影响轴承对中。轴承箱通常设有观察窗、温度测点、油位计等附件。

润滑系统对高速风机至关重要。D(La)1035-2.4型风机采用强制循环油润滑，主油泵由主轴驱动或单独电机驱动，备用油泵可在主泵故障时自动启动。润滑油经过滤器、冷却器后进入轴承，油压、油温、油位都有监控和报警装置。润滑油选择需要考虑粘度、抗氧化性、抗乳化性等指标，通常采用ISO VG32或VG46透平油。

五、风机维护与修理要点

5.1 日常维护内容

日常维护以检查、监测为主，包括：每班记录轴承温度、振动值、油压油温；每日检查油位、油质，有无泄漏；每周检查联轴器对中情况、基础螺栓紧固状态；每月清洁过滤器、检查密封空气系统。

关键监测参数包括：轴承温度不应超过75℃，温升不超过40℃；振动速度有效值不超过4.5毫米/秒，位移峰值不超过50微米；油压稳定在设计值的±10%以内。所有监测数据应形成趋势图，便于早期发现异常。

5.2 定期检修项目

小修（每运行3000-4000小时）：更换润滑油和过滤器；检查清洗气封、油封；检查联轴器磨损情况；紧固所有连接螺栓；校验仪表准确性。

中修（每运行12000-16000小时）：包括小修所有项目；检查轴承间隙，必要时更换轴瓦；检查叶轮磨损、腐蚀情况；检查主轴有无划痕、磨损；清洗润滑油箱和冷却器；校验转子对中。

大修（每运行30000-40000小时）：包括中修所有项目；全面解体检查所有部件；测量主轴直线度、跳动；检查机壳有无变形、裂纹；更换所有密封件；转子重新做动平衡；机组重新对中；进行性能测试。

5.3 常见故障处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承损坏、基础松动等。处理步骤：首先检查基础螺栓和联轴器对中；其次检查润滑油质量和油温；如果仍不能解决，需要停机检查转子平衡状态和轴承间隙。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或变质、轴承间隙过小、冷却不良、负荷过大等。处理措施：检查油位、油压、油质；检查冷却水系统；监测工艺负荷是否超过设计值；必要时检查轴承间隙。

气量或压力不足：可能原因包括过滤器堵塞、密封间隙过大、转速下降、工艺系统阻力增加等。需要检查进气过滤器压差、测量实际转速、检查管网阻力变化，必要时检查叶轮和密封状态。

异常噪音：可能原因包括轴承损坏、转子与静止件摩擦、喘振等。需要立即检查振动和温度参数，判断是否发生喘振（流量波动伴随剧烈振动），如果是喘振需要立即调整工况点远离喘振区。

5.4 大修后试车程序

大修后试车必须按步骤进行：首先进行电机单试，确认旋转方向正确；然后连接联轴器，进行机组机械试车，逐步升速至额定转速，在每个转速段停留监测振动温度；机械试车合格后，进行负荷试车，逐步增加出口压力至额定值；最后进行72小时连续运行考核，所有参数稳定合格后方可交付生产。

六、工业气体输送特殊注意事项

6.1 不同气体的特性应对

输送不同工业气体时，D(La)1035-2.4型风机需要相应调整或选配：

氧气输送：所有接触氧气的部件必须彻底脱脂，采用铜合金或不锈钢材质，避免使用碳钢。润滑系统必须完全隔离，采用氮气隔离密封。静电接地必须可靠，防止火花产生。

氢气输送：采用双端面干气密封或碳环密封，泄漏气体引至安全处排放或燃烧。电机和电器采用防爆型。启动前必须用氮气置换机内空气，停机前用氮气置换氢气。

腐蚀性气体输送：根据气体腐蚀特性选择材质，如湿氯气用钛材，二氧化硫用蒙乃尔合金。内部涂层需要定期检查修复。轴承箱保持微正压，防止气体渗入。

高温气体输送：设计冷却夹套或采用耐高温轴承。考虑热膨胀对对中和间隙的影响，预留足够的膨胀余量。润滑油选择高温型或采用油-空气冷却器。

6.2 系统安全设计

工业气体输送系统必须考虑以下安全措施：进出口设置紧急切断阀；出口管路安装安全阀，设定压力为工作压力的1.1倍；可燃气体输送时，进出口设置阻火器；氧气输送时，设置禁油标识和防火花工具专用柜；控制系统设置防喘振控制回路，自动防止风机进入喘振区；设置振动、温度、压力高高报警和联锁停机。

6.3 节能优化措施

稀土提纯是能耗较高的过程，风机节能具有重要意义：采用变频调速，根据工艺需求调节流量，避免节流损失；优化管网设计，减少弯头、阀门等局部阻力；定期清洗叶轮和流道，保持高效运行状态；回收利用压缩热，如用于工艺预热；采用高效电机和传动系统。

七、未来发展趋势

随着稀土提纯技术向精细化、绿色化方向发展，对离心鼓风机也提出了新要求：更高压力（3.5大气压以上）以满足新工艺需求；更智能的控制系统，实现与工艺过程的优化协调；更环保的设计，降低噪音和泄漏；更长的免维护周期，提高设备利用率；材料创新，如陶瓷涂层叶轮提高耐腐蚀性；数字孪生技术的应用，实现预测性维护。

D(La)1035-2.4型离心鼓风机作为当前稀土提纯行业的主力机型，其设计理念和制造技术代表了我国在特种风机领域的先进水平。随着稀土产业的持续发展，专用风机技术也将不断创新，为稀土资源的高效利用提供更可靠的装备保障。