轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机核心技术解析:以D(La)772-1.31型号为例

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈组稀土、镧提纯专用风机、D(La)772-1.31离心鼓风机、稀土矿提纯设备、风机配件维修、工业气体输送、多级离心鼓风机技术

一、稀土矿提纯工艺中离心鼓风机的核心地位

在轻稀土（铈组稀土）镧(La)提纯工艺流程中，离心鼓风机作为关键动力设备，承担着为选矿、浮选、分离、提纯等多个环节提供稳定气源的重要任务。稀土元素因其特殊的物理化学性质，在提纯过程中对气体输送设备的稳定性、密封性、耐腐蚀性和压力控制精度提出了极高要求。特别是镧(La)作为轻稀土家族中的重要成员，其提纯过程需要精确控制气体流量、压力和纯度，任何气体输送的波动都可能直接影响最终产品的纯度和回收率。

我国稀土矿提纯行业经过数十年的技术积累，已形成了专门针对稀土提取工艺特点的鼓风机产品系列，包括“C(La)”型系列多级离心鼓风机、“CF(La)”型系列专用浮选离心鼓风机、“CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机、“D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机、“AI(La)”型系列单级悬臂加压风机、“S(La)”型系列单级高速双支撑加压风机以及“AII(La)”型系列单级双支撑加压风机。这些专用设备的设计充分考虑了稀土提纯工艺的特殊需求，成为保障稀土产品质量和产量的关键技术装备。

二、D(La)772-1.31型高速高压多级离心鼓风机全面解析

2.1 型号命名规则与技术参数解读

在轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机系列中，D(La)772-1.31型高速高压多级离心鼓风机是专门为中型稀土提纯生产线设计的核心设备。按照行业命名规范，“D”代表D系列高速高压多级离心鼓风机，这是专门为需要较高排气压力的稀土提纯工艺开发的机型；“La”明确标识该风机专用于镧元素提纯工艺，其内部材料、密封设计和运行参数都针对镧提纯的工况进行了优化；“772”表示风机设计流量为每分钟772立方米，这一流量范围适用于日处理量50-80吨稀土精矿的生产线；“-1.31”表示风机出口压力为1.31个大气压（表压），即相对于标准大气压的增压值为0.31个大气压。需要特别说明的是，型号中没有“/”符号，表示风机进风口压力为标准大气压（1个大气压），这是大多数稀土提纯工艺的常规进气条件。

D(La)772-1.31型风机的设计工作点基于镧提纯工艺的特定需求：在浮选阶段需要稳定、连续的中等压力气流产生均匀气泡；在萃取分离阶段需要精确控制的气体环境；在产品干燥阶段需要洁净无油的温热气流。该型号风机通常配备变频调速系统，可在额定流量的60%-110%范围内精确调节，适应稀土提纯生产线不同阶段的用气需求变化。

2.2 结构特点与工作原理

D(La)772-1.31型风机采用多级离心压缩结构，通常由4-6个压缩级串联组成。每一级包括一个旋转叶轮和一个固定导流器，气体逐级被压缩，压力逐步升高。与单级离心风机相比，多级设计可以在较小直径叶轮的情况下获得较高的排气压力，同时保持较高的效率和较宽的稳定工作范围。

该型风机采用轴向进气、径向出气的流向设计，进气口配备有可调节导叶，可根据工艺需求调整进气角度，优化风机性能曲线。转子系统采用高强度合金钢整体锻造主轴，经过精密动平衡校正，确保在高速旋转（通常转速在8000-12000转/分钟）下的稳定性。机壳设计为水平剖分式，便于内部组件的检查和维护，同时确保良好的刚性和密封性。

三、D(La)772-1.31型风机关键配件详解

3.1 风机主轴系统

风机主轴是离心鼓风机的核心旋转部件，在D(La)772-1.31型风机中采用42CrMoA高强度合金钢整体锻造而成，经过调质处理和精密加工，表面硬度达到HRC28-32，芯部保持较好的韧性。主轴的设计充分考虑了多级叶轮的安装需求，采用阶梯轴结构，每一级叶轮安装位置都设有精确的轴肩定位和键槽。主轴的临界转速通过有限元分析计算，确保工作转速远离临界转速区域，通常设计工作转速为第一临界转速的1.4倍以上，第二临界转速的2.2倍以上，避免共振现象。

3.2 轴承与轴瓦配置

D(La)772-1.31型风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑系统，相比滚动轴承，滑动轴承具有承载能力大、阻尼特性好、寿命长等优点，特别适合高速重载的离心鼓风机工况。轴瓦材料通常采用锡锑轴承合金（巴氏合金），其厚度为1.5-3mm，浇铸在钢制瓦背上。巴氏合金具有良好的嵌入性和顺应性，微小的异物或轴颈的轻微不均匀磨损可以被合金层吸收，避免损伤主轴。

轴瓦采用四油叶或椭圆型设计，在旋转过程中形成稳定的油膜，将主轴“悬浮”起来，实现液体摩擦，摩擦系数可低至0.001-0.008。每副轴瓦都配备有铂热电阻温度传感器，实时监测轴承温度，设定报警值为85℃，停机值为95℃。润滑油系统采用强制循环方式，油压维持在0.15-0.25MPa，确保轴承充分润滑和冷却。

3.3 转子总成技术

转子总成是离心鼓风机中所有旋转部件的组合，包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器半体等。D(La)772-1.31型风机的叶轮采用后弯式叶片设计，材料根据输送介质的不同可选用304不锈钢、316L不锈钢或钛合金。每个叶轮都经过单独动平衡校正，平衡精度达到G2.5级，然后与主轴组装后再次进行整体动平衡，确保转子总成在工作转速下的振动值小于2.8mm/s。

平衡盘是多级离心鼓风机的重要部件，安装在最后一级叶轮后面，通过两侧的压力差产生一个与轴向推力方向相反的平衡力，抵消转子受到的轴向推力。D(La)772-1.31型风机的平衡盘设计有迷宫密封，与固定在机壳上的平衡盘衬套形成微小间隙，既允许轴向力的平衡，又尽量减少内部泄漏。

3.4 密封系统

密封系统是保障风机正常运行和工艺气体纯度的关键，D(La)772-1.31型风机采用多层次密封方案：

气封（迷宫密封）：在叶轮进口处、级间和平衡盘处设置迷宫密封，由一系列环形齿片和腔室组成，气体通过齿片间隙时产生多次节流膨胀，有效减少内部泄漏。迷宫密封的间隙设计非常关键，通常控制在0.25-0.40mm，既要减少泄漏，又要避免与转子碰磨。

碳环密封：在轴端采用碳环密封作为主密封，碳环材料具有自润滑性、耐高温和良好的追随性，即使轴有轻微跳动或偏斜，也能保持良好的密封效果。碳环密封通常由多个环段组成，每个环段由弹簧箍紧在轴上，形成多级密封。在输送腐蚀性或贵重气体时，碳环材料可选用浸渍特殊树脂或金属的石墨材料。

油封：在轴承箱两端安装骨架油封或机械密封，防止润滑油泄漏和外部杂质进入轴承箱。D(La)772-1.31型风机通常采用双唇骨架油封，主唇口防止润滑油外泄，副唇口防止外部灰尘、水分进入。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱不仅支撑轴承和转子，还构成润滑油循环系统的重要组成部分。D(La)772-1.31型风机的轴承箱为铸铁或铸钢结构，内部设有合理的油路和回油槽，确保润滑油能顺畅流动并带走摩擦产生的热量。轴承箱与机壳之间设有隔热间隙，减少机壳热量向轴承箱的传递。

润滑系统包括主油箱、辅助油泵、油冷却器、双联油过滤器、稳压阀和监控仪表等。系统设计为冗余配置，主油泵由风机主轴驱动，辅助油泵由电机驱动，当油压低于设定值时辅助油泵自动启动。润滑油通常选用ISO VG46透平油，每季度取样分析，确保油质符合要求。

四、D(La)772-1.31型风机常见故障与维修要点

4.1 振动异常的诊断与处理

振动是离心鼓风机最常见的故障现象，D(La)772-1.31型风机允许的振动速度有效值为2.8mm/s，超过此值需要停机检查。振动原因多样，包括转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动、气流激振等。

转子不平衡处理：长期运行后，叶轮可能因腐蚀、磨损或积垢导致质量分布不均。维修时需要拆卸转子总成，在动平衡机上进行校正。现场条件允许时，也可采用现场动平衡技术，通过试重法和影响系数法，在不拆卸转子的情况下进行平衡校正。

对中调整：风机与电机对中不良会产生附加力矩，导致振动和轴承过早损坏。D(La)772-1.31型风机要求轴向偏差不超过0.05mm，角度偏差不超过0.05mm/m。对中调整采用三表法（径向、轴向两块百分表），在冷态和热态下分别测量，考虑运行时温度变化引起的热膨胀。

4.2 轴承系统维修技术

轴瓦磨损是风机长时间运行后的正常现象，当顶间隙超过设计值的1.5倍时，需要更换或修复轴瓦。巴氏合金轴瓦的修复可采用重新浇铸或激光熔覆技术。重新浇铸需要去除旧合金层，清洗、镀锡后浇铸新合金，然后进行机加工；激光熔覆则直接在磨损表面熔覆合金粉末，变形小，结合强度高。

轴承箱漏油是常见问题，多数情况是油封老化或轴颈磨损所致。更换油封时需要注意安装方向，唇口朝向润滑油侧。轴颈磨损可通过刷镀或热喷涂修复，恢复原有尺寸和硬度。

4.3 密封系统维护

迷宫密封齿片磨损会使间隙增大，泄漏量增加，影响风机效率。维修时需要测量实际间隙，超过设计值30%应更换密封齿片。碳环密封的更换周期一般为2-3年，或当泄漏量明显增加时。更换碳环时需检查弹簧弹力，测量环体与轴的配合间隙，确保自由状态下的内径比轴径小1-2mm。

4.4 叶轮检修要点

叶轮检查重点关注叶片进口边和出口边的磨损、腐蚀情况，以及焊缝是否有裂纹。轻微磨损可进行堆焊修复，严重损坏则需要更换叶轮。修复后的叶轮必须重新进行动平衡校正。对于输送含有固体颗粒的气体，可在叶片易磨损区域堆焊耐磨层（如碳化钨），延长使用寿命。

五、稀土提纯工艺中工业气体输送风机的特殊要求

5.1 不同工业气体对风机设计的影响

稀土提纯过程中可能涉及多种工业气体的输送，每种气体对风机设计都有特殊要求：

空气：最常用的介质，D(La)772-1.31型风机基本设计以空气为标准。输送空气时需要注意过滤，防止粉尘进入风机造成磨损。

工业烟气：通常含有腐蚀性成分和固体颗粒，风机材料需要选用耐腐蚀不锈钢（如316L），内部通道设计应避免积灰，转速不宜过高以减少颗粒冲刷。

二氧化碳CO₂：密度大于空气，在相同压比下需要的压缩功更大。CO₂在一定条件下可能形成干冰，需要注意进气温度，避免在机内出现凝结。

氮气N₂：惰性气体，安全性好，但分子量与空气接近，风机性能曲线基本一致。需要注意系统的严密性，防止泄漏造成纯度下降。

氧气O₂：强氧化性，所有与氧气接触的部件必须彻底脱脂，禁油处理。叶轮和机壳通常采用不锈钢，密封系统需要特别设计，防止油脂进入气流。

稀有气体（He、Ne、Ar）：通常分子量与空气差异大，需要重新计算风机性能曲线。氦气分子量小，可压缩性明显，设计时需要特殊考虑。

氢气H₂：分子量小，密度低，相同压比下温升小，但泄漏倾向大。密封系统需要特别加强，通常采用干气密封或双层碳环密封。防爆设计也是氢气风机必须考虑的。

混合无毒工业气体：需要根据具体组成计算气体的平均分子量、比热比等参数，据此调整风机设计和运行参数。

5.2 气体性质对风机性能的影响规律

气体性质对离心鼓风机性能的影响主要体现在以下几个方面：

气体常数影响：气体常数R越大，在相同压比下温升越小，但功率需求变化复杂。对于轻气体（如H₂、He），气体常数大，温升小，但需要更多级数达到相同压比。

绝热指数影响：绝热指数k（比热比）影响压缩过程和温升。k值大的气体（如单原子气体）温升较高，需要更强的冷却措施。

压缩性影响：在高压比情况下，气体的可压缩性影响显著，实际排气量会小于进口容积流量，设计时需要采用压缩性系数进行修正。

湿度影响：湿气体中的水蒸气在压缩过程中可能凝结，引起腐蚀和水击，需要采取进气加热或机内排水措施。

5.3 材料选择与腐蚀防护

针对不同气体特性，风机材料需要相应选择：

一般空气和惰性气体：碳钢或普通不锈钢

湿氯气、二氧化硫等强腐蚀气体：钛材、哈氏合金

氧气：不锈钢（304、316），特殊表面处理

高温烟气：耐热不锈钢（310S）或表面喷涂耐热涂层

密封材料也需要根据气体性质选择：一般气体可用丁腈橡胶、氟橡胶；腐蚀性气体用聚四氟乙烯、全氟醚橡胶；高温气体用金属密封或石墨材料。

六、稀土提纯生产线风机选型与运行优化

6.1 选型原则与参数匹配

为镧(La)提纯生产线选择离心鼓风机时，需要考虑以下关键因素：

工艺需求分析：明确各工艺点的用气压力、流量、纯度要求，区分连续用气和间歇用气点，确定是否需要多台风机并联或串联。

气体特性确认：详细分析输送气体的组成、温度、湿度、腐蚀性、爆炸性等特性，选择相应的风机材料和密封形式。

系统阻力计算：准确计算管道、阀门、净化设备等系统阻力，确保风机压力足够且不过剩。

备用方案设计：根据生产线重要性确定备用方案，重要生产线通常采用100%备用（一用一备），一般生产线可采用N+1备用。

能耗评估：计算全年运行能耗，选择高效节能型风机，优先选用变频调速控制，适应负荷变化。

6.2 运行优化策略

变频调速应用：D(La)772-1.31型风机配备变频调速系统，可根据工艺需求实时调节转速，避免节流损失。在流量需求为80%额定值时，变频调节可比入口导叶调节节能15-25%。

联合运行优化：多台风机并联运行时，需要通过性能曲线分析确定最佳运行台数，避免风机在低效区工作。采用集中控制系统，根据总用气需求自动启停和调节各台风机的负荷。

状态监测与预防性维护：安装在线振动监测、温度监测、性能监测系统，建立风机健康档案，通过趋势分析预测故障，实现预防性维护。关键参数包括振动频谱、轴承温度、进出口压力、流量、电流等。

定期性能测试：每半年进行一次风机性能测试，绘制实际性能曲线，与设计曲线对比，评估风机效率变化，指导维修决策。

七、未来发展趋势与技术创新

随着稀土提纯工艺向精细化、高效化、绿色化发展，对离心鼓风机技术也提出了新的要求：

智能化控制：基于物联网和人工智能的风机智能控制系统，可实现自适应调节、故障自诊断、能效自优化，大幅提高运行可靠性和能效水平。

新材料应用：陶瓷涂层叶轮、碳纤维复合材料壳体、高性能密封材料等新材料的应用，将提高风机的耐腐蚀性、降低重量、延长寿命。

气动设计优化：采用计算流体动力学(CFD)进行三维流场模拟，优化叶型和流道设计，提高效率2-5个百分点，拓宽稳定工作范围。

磁悬浮轴承技术：无接触磁悬浮轴承可消除机械摩擦，实现真正无油输送，特别适合高纯度气体输送，维护成本降低30-50%。

模块化设计：将风机设计为标准模块组合，可根据具体需求快速配置，缩短交货周期，降低备件库存。

能量回收技术：在高压排气端安装膨胀机，回收压力能，用于驱动辅助设备或发电，系统综合能效可提高5-10%。

结语

轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机作为稀土提取工艺的关键设备，其技术水平直接影响产品的质量、产量和生产成本。D(La)772-1.31型高速高压多级离心鼓风机凭借其专门为镧提纯工艺优化的设计和可靠的性能，已成为中等规模稀土生产线的理想选择。深入了解其结构原理、配件特点和维修技术，掌握工业气体输送的特殊要求，对保障稀土生产线的稳定运行、提高经济效益具有重要意义。

随着稀土行业技术升级和绿色发展要求的提高，离心鼓风机技术也将不断进步，向着更高效、更智能、更环保的方向发展。作为风机技术人员，我们需要持续学习新技术，积累实践经验，为我国的稀土产业发展提供坚实的技术支撑和设备保障。