轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机技术解析：以D(La)2379-2.18型号为核心的系统阐述

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈组稀土、镧元素分离、离心鼓风机、D(La)2379-2.18、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土冶炼、多级离心风机

一、引言：稀土提纯工艺中的关键动力设备

在轻稀土（铈组稀土）冶炼与提纯工艺中，离心鼓风机作为核心动力设备，承担着气体输送、物料分离、环境控制等关键职能。特别是在镧(La)元素的提取与纯化过程中，对气体流量、压力、纯度及稳定性的要求极为严苛，专用风机的设计与选型直接关系到最终产品的纯度、回收率及生产成本。我国作为稀土资源大国，在稀土分离技术领域已形成完整体系，而配套的风机设备也经历了从通用到专用、从单级到多级、从常压到高压的技术演进。

本文基于笔者在风机行业多年的技术积累，结合稀土冶炼特殊工况，系统阐述轻稀土镧提纯用离心鼓风机的基础知识，重点解析D(La)2379-2.18型号风机的技术特性，并对风机关键配件、维护修理及工业气体输送应用进行深入探讨，以期为同行提供有价值的参考。

二、稀土提纯工艺与风机选型基础

2.1 轻稀土提纯工艺特点

轻稀土（铈组稀土）主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)等元素，其提取多采用溶剂萃取、离子交换、氧化还原等化学分离方法。在这些工艺环节中，气体作为反应介质、保护气氛或输送载体，需要风机提供稳定可控的气流。以镧元素提纯为例，通常涉及：

焙烧分解工序：需要高压空气或氧气参与碳酸稀土、氟碳铈矿的分解反应

萃取分离工序：需用惰性气体（如氮气、氩气）创造无氧环境，防止有机相氧化

结晶干燥工序：需要洁净热风进行物料干燥

尾气处理工序：需要引风机处理含氟、含硫工业烟气

各工序对风机的压力、流量、材质、密封等参数要求各不相同，必须针对性地选型设计。

2.2 稀土提纯专用风机系列概述

根据多年行业实践，已形成多个专用风机系列，每个系列针对特定工艺环节：

“C(La)”型系列多级离心鼓风机：中压范围，适用于萃取车间气体循环、搅拌曝气等场合，结构紧凑，运行平稳，压力通常在0.5-1.2MPa之间。

“CF(La)”型系列专用浮选离心鼓风机：专为稀土浮选工艺开发，具有抗堵塞设计，叶轮采用特殊涂层防止矿物浆料附着，可输送含微量固体颗粒的气固混合相。

“CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机：浮选工艺的改进型号，优化了气动性能，在相同功率下可提供更大流量，适用于大型浮选生产线。

“D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机：本文重点介绍型号，采用多级叶轮串联、齿轮增速设计，压力可达2.5MPa以上，适用于高压反应、远程输送等苛刻工况。

“AI(La)”型系列单级悬臂加压风机：结构简单，维护方便，适用于低压小流量补充气体供应。

“S(La)”型系列单级高速双支撑加压风机：转子两端支撑，稳定性好，适用于中等压力、高转速场合。

“AII(La)”型系列单级双支撑加压风机：传统双支撑结构的优化版本，轴承寿命长，振动值低，适用于连续运行的关键工位。

2.3 工业气体输送特性

稀土提纯涉及多种工业气体，其物理性质差异显著，风机设计必须考虑气体特性：

空气：最常用介质，但需注意空气中水分、油分及颗粒物含量，进气管路需配置过滤装置

工业烟气：腐蚀性强，含固体颗粒，风机需采用耐蚀材料，叶轮需做防磨处理

二氧化碳CO₂：密度大于空气，压缩时温升较高，需加强冷却设计

氮气N₂：惰性气体，分子量与空气接近，常规风机稍作调整即可适用

氧气O₂：强氧化性，所有部件必须彻底脱脂，避免油脂遇氧燃烧

稀有气体（氦He、氖Ne、氩Ar）：氦气密度极小，对密封要求极高；氩气密度大，功率消耗相对较高

氢气H₂：密度小，易泄漏，爆炸极限宽，需特种防爆设计和极致密封

混合无毒工业气体：需明确组分比例，按加权平均计算物性参数进行风机设计

三、D(La)2379-2.18型号高速高压多级离心鼓风机深度解析

3.1 型号命名规则解读

“D(La)2379-2.18”这一完整型号包含了丰富信息：

“D”：代表D系列高速高压多级离心鼓风机，采用齿轮增速箱驱动，多级叶轮串联结构

“(La)”：专为镧元素提纯工艺优化的派生型号，材料选择、间隙设定、密封方式等均针对镧冶炼工况调整

“2379”：表示设计流量为2379立方米每分钟（约合39.65立方米每秒），此流量为进口标准状态（20℃，101.325kPa，相对湿度50%）下的数值

“-2.18”：表示出口绝对压力为2.18个大气压（即表压1.18kgf/cm²或0.118MPa），进口压力为标准大气压（无“/”符号，表示进口为常压）

作为对比，“D(La)300-1.8”表示：D系列镧提纯专用风机，流量300立方米每分钟，出口压力1.8个大气压。若型号中出现“/”符号，如“D(La)2379/1.1-2.18”，则表示进口压力为1.1个大气压，出口压力2.18个大气压。

3.2 设计与性能特性

D(La)2379-2.18风机是针对中等流量、中高压力稀土提纯工况开发的专用设备，主要技术特点包括：

气动设计：采用后弯式叶轮，级数通常为3-6级，每级压比控制在1.1-1.3之间，确保高效率区间宽阔。根据欧拉涡轮机械方程，风机理论压头与叶轮出口切向速度的平方成正比，实际设计中通过调整叶片出口角、叶轮直径和转速来优化性能曲线。

结构设计：水平剖分式机壳，便于检修；叶轮与主轴采用过盈配合加键连接，确保高速下的传动可靠性；轴承跨距经过临界转速计算，工作转速应避开一阶、二阶临界转速的0.7-1.3倍范围。

材料选择：接触腐蚀性气体的过流部件（叶轮、机壳内壁）采用双相不锈钢2205或哈氏合金C-276；主轴采用42CrMo调质处理，表面镀铬提高耐磨性；密封部位采用特种陶瓷或碳化钨材料。

运行参数：

额定流量：2379 m³/min（可调节范围70%-110%）

出口压力：2.18 atm（绝对压力）

进口压力：1 atm（绝对压力）

压升：1.18 atm（约0.12MPa）

额定转速：根据具体设计，通常在8000-15000 rpm之间

轴功率：约850-950 kW（取决于效率）

配套电机功率：1000-1100 kW（留有10%-15%余量）

3.3 在镧提纯工艺中的典型应用

D(La)2379-2.18风机在镧生产线中主要应用于：

高压浸出工序：为酸浸反应釜提供加压空气或氧气，加快反应速率，提高稀土浸出率。压力需求通常在1.5-2.2atm之间，流量根据反应釜容积和批处理时间确定。

加压结晶系统：在镧盐结晶过程中，通过控制气体压力调节溶液沸点，控制结晶速率和晶体形貌。需要压力稳定，波动小于±0.02atm。

气体循环干燥：闭路循环干燥系统，用风机驱动惰性气体（如氮气）循环，带走物料水分，再经冷凝除湿后返回。要求风机泄漏量小，密封可靠。

尾气加压输送：将含微量酸性气体的尾气加压后送往远处的净化处理装置，避免在车间内扩散。

四、关键配件技术详解

4.1 风机主轴

作为传递扭矩、支撑旋转部件的核心零件，D系列风机主轴设计要求极高：

材料：采用42CrMoA或35CrMoVA合金钢，经过锻打、正火、粗车、调质、精车、磨削等多道工序

热处理：调质后硬度达到HB240-280，轴颈表面高频淬火硬度HRC50-55，深度2-3mm

精度：轴颈圆柱度不超过0.005mm，表面粗糙度Ra≤0.4μm，各段阶梯轴同轴度≤0.01mm

动平衡：主轴单独做动平衡，剩余不平衡量按公式“允许不平衡量=平衡精度等级×转子质量÷（角速度）”计算，通常要求达到G2.5级

4.2 风机轴承与轴瓦

D(La)2379-2.18采用滑动轴承（轴瓦），相比滚动轴承具有承载力大、阻尼特性好、寿命长的优点：

轴瓦结构：上下剖分式，瓦背为碳钢，内衬巴氏合金（锡锑铜合金），厚度1.5-3mm。巴氏合金熔点低、顺应性好，能容忍轻微的轴线不对中。

润滑系统：强制压力供油，油压0.15-0.2MPa，进油温度40-45℃，回油温度不超过65℃。润滑油粘度选择遵循“转速高选低粘度，载荷大选高粘度”原则，通常选用ISO VG32或VG46透平油。

间隙控制：径向间隙按公式“间隙=轴颈直径×0.001-0.0015”设定，例如轴颈120mm时，间隙取0.12-0.18mm。间隙过小易烧瓦，过大则振动加剧。

4.3 风机转子总成

转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等旋转部件的组合体：

装配工艺：热装法装配叶轮，加热温度按公式“加热温度=过盈量÷（膨胀系数×配合直径）+室温”计算，通常控制在150-200℃。装配后检查各叶轮流道对齐度，错位量不超过0.5mm。

动平衡校正：转子总成必须进行高速动平衡，平衡转速应达到工作转速的80%以上。采用两面校正，平衡后振动速度不超过2.8mm/s（均方根值）。剩余不平衡量计算公式为“U=9549×G×M÷n”，其中U为允许不平衡量（g·mm），G为平衡精度等级（mm/s），M为转子质量（kg），n为工作转速（rpm）。

临界转速计算：转子临界转速与支撑刚度、转子质量分布有关，一阶临界转速应高于工作转速的125%，或低于工作转速的70%，确保安全裕度。

4.4 密封系统

气封：级间密封和轴端密封采用迷宫密封，齿尖与轴套间隙控制在0.2-0.4mm。新型设计采用蜂窝密封，泄漏量可减少30%-40%。

碳环密封：用于输送有毒、贵重或危险气体（如氢气、氦气）的场合。由多个碳环组成，每个环由切向弹簧箍紧在轴上，实现接触式密封。优点是泄漏量极小，但摩擦发热大，需配套冷却系统。

油封：轴承箱密封采用复合唇形密封圈，内侧防润滑油外泄，外侧防灰尘进入。高速场合需使用流体动力油封，唇部有回油螺纹，将泄漏油泵回箱内。

4.5 轴承箱

作为轴承的支撑和润滑油容器，轴承箱设计要点：

结构：铸铁或铸钢件，箱体有足够的刚度和阻尼，减少振动传递

散热：箱体表面设散热筋，必要时加冷却水套

油路：进油口设在轴承非承载区，回油口足够大确保畅流

监测：预留温度计孔、振动传感器安装座

五、风机维护与故障处理

5.1 日常维护要点

油系统维护：每日检查油位、油压、油温；每三个月取样化验油质，检测粘度、水分、酸值、金属颗粒含量；每年彻底更换润滑油并清洗油箱。

振动监测：每天记录轴承座振动值，注意趋势变化。振动速度超过4.5mm/s时需安排检查，超过7.1mm/s时应停机检修。

密封检查：每周检查气封泄漏情况，泄漏量突然增大可能是密封磨损或转子偏心；碳环密封检查摩擦痕迹，均匀磨损属正常，局部磨损需调整对中。

温度监控：轴承温度不超过75℃，润滑油回油温度不超过65℃，超温时检查冷却系统、油质及轴承间隙。

5.2 常见故障诊断与处理

振动异常：

原因1：转子不平衡（积垢、腐蚀不均匀、零件脱落）

处理：停机清洁或重新平衡

原因2：对中不良（基础沉降、管道应力）

处理：重新对中，松开机壳连接管道法兰检查自由对中

原因3：轴承损坏（巴氏合金脱落、磨损）

处理：更换轴瓦，检查润滑系统

压力不足：

原因1：密封间隙过大，内泄漏严重

处理：调整或更换密封

原因2：叶轮腐蚀、磨损，效率下降

处理：修复或更换叶轮

原因3：进口过滤器堵塞

处理：清洗或更换滤芯

轴承温度高：

原因1：润滑油不足或变质

处理：补油或换油

原因2：轴承间隙过小

处理：刮研轴瓦调整间隙

原因3：冷却器效率低

处理：清洗冷却器

5.3 大修周期与内容

D(La)2379-2.18风机建议每运行24000小时或3年（先到为准）进行一次全面大修：

解体检查：

测量所有配合间隙：轴承间隙、密封间隙、叶轮与机壳间隙

检查叶轮表面腐蚀、裂纹（着色渗透或磁粉探伤）

检查主轴直线度、轴颈圆度

检查齿轮增速箱齿面接触情况（如有）

修复内容：

转子总成重新动平衡

更换所有密封件、O型圈

修刮或更换轴瓦

清洗冷却器、油路系统

机壳内壁防腐涂层修复

回装验收：

逐级回装，每步检查间隙

对中精度要求：径向偏差≤0.03mm，角度偏差≤0.05mm/m

单机试车：振动、温度、压力、流量达标

72小时连续运行考核

六、工业气体输送的特殊考量

6.1 不同气体的适应性调整

输送介质改变时，D系列风机需进行相应调整：

空气与氮气：物性相近，可直接使用，但氮气作为惰性气体时要求泄漏率更低，需加强密封。

氧气：

所有零件彻底脱脂清洗（禁油处理）

采用铜基合金或不锈钢材料，避免铁素体钢产生火花

密封间隙适当放大，防止摩擦发热引燃

进出口管路加阻火器

氢气：

提高密封等级，采用双端面干气密封或液膜密封

所有电气设备防爆等级至少Exd IIB T4

机壳设计防静电接地

设置氢气泄漏检测报警

腐蚀性气体（含氟、氯、硫烟气）：

过流部件采用哈氏合金、蒙乃尔合金或衬聚四氟乙烯

加大腐蚀余量，叶轮厚度增加20%-30%

设置冲洗接口，停机时用清水或碱液冲洗中和

6.2 气体物性参数换算

当输送介质不是空气时，风机性能需按以下关系换算：

流量：风机容积流量基本不变，但质量流量变化，公式为“质量流量=容积流量×气体密度”

压力：风机产生的压比（出口压力/进口压力）基本不变，但压升（压力差）与气体密度成正比，公式为“压升（介质）=压升（空气）×介质密度÷空气密度”

功率：轴功率与气体密度成正比，公式为“功率（介质）=功率（空气）×介质密度÷空气密度”

例如，D(La)2379-2.18原设计输送空气（密度1.2kg/m³），若改为输送二氧化碳（密度1.977kg/m³），在相同转速下：

容积流量仍为2379 m³/min

质量流量变为原来的1.977/1.2≈1.65倍

压升变为原来的1.65倍（需校核强度是否允许）

轴功率变为原来的1.65倍（需校核电机功率）

6.3 系统集成与安全防护

稀土提纯车间的风机系统需集成以下安全措施：

防喘振控制：D系列多级风机在低流量时易发生喘振，必须设置防喘振线，公式为“最小流量=设计流量×（压比-1）的平方根÷常数”，实际采用回流阀或放空阀，由PLC控制。

联锁保护：油压低于0.08MPa时报警，低于0.05MPa时停机；轴承温度高于75℃报警，高于85℃停机；振动值超限分级报警停机。

气体监测：对于有毒、易燃气体，设置进出口浓度监测，泄漏报警；氧气系统设置纯度分析，防止混入可燃气体。

七、技术发展趋势

7.1 智能化升级

新一代稀土提纯风机正朝智能化方向发展：

在线监测：内置振动、温度、压力传感器，实时传输数据至中央控制室

预测性维护：基于大数据分析，预测轴承寿命、叶轮腐蚀速率，提前安排检修

自适应控制：根据工艺参数变化自动调整转速、导叶角度，保持最优工况

7.2 高效节能技术

三元流叶轮设计：采用计算流体动力学优化叶片三维造型，效率可提升3%-5%

可调导叶：进口导叶或级间导叶可调，扩大高效区范围

永磁同步电机直驱：取消齿轮箱，减少传动损失，提高系统效率

余热回收：利用压缩热加热工艺用水，实现能量综合利用

7.3 材料创新

陶瓷基复合材料叶轮：耐腐蚀、耐磨损、重量轻，适用于强腐蚀环境

自润滑轴承材料：添加固体润滑剂的聚合物轴承，减少对润滑油依赖

超疏水涂层：叶轮表面纳米涂层，防止粘性物料附着

八、结语

稀土作为“工业维生素”，其提纯工艺水平直接关系到下游高新技术产业的发展质量。风机作为提纯过程的关键动力设备，其可靠性、效率、适应性对生产指标有决定性影响。D(La)2379-2.18型高速高压多级离心鼓风机作为专门为镧元素提纯设计的专用设备，通过科学的气动设计、合理的结构布局、严格的材料选择和精密的制造工艺，满足了稀土冶炼特殊工况的要求。

在实际应用中，深入理解风机工作原理，掌握关键配件特性，实施科学的维护策略，并根据输送介质的不同进行针对性调整，是确保风机长期稳定运行、降低能耗、提高生产效率的关键。随着稀土产业向精细化、绿色化、智能化方向发展，风机技术也将不断创新，为保障我国稀土战略资源的高效利用提供更加可靠的装备支持。