轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机D(La)225-1.54技术详解

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)225-1.54、离心鼓风机、风机维修、工业气体输送、稀土矿提纯设备

一、稀土矿提纯工艺中风机技术的重要性

在稀土矿物提取与提纯工业中，离心鼓风机作为核心动力设备，承担着气体输送、浮选供气、物料输送等关键功能。特别是对于轻稀土（铈组稀土）中的镧（La）元素提纯工艺，风机设备的性能直接影响到提纯效率、产品质量和生产成本。轻稀土主要包括镧、铈、镨、钕、钷、钐等元素，其提纯过程常涉及浮选、焙烧、酸溶、萃取、结晶等多道工序，每道工序对气体的流量、压力、洁净度和稳定性都有特定要求。

离心鼓风机在镧提纯工艺中主要应用于：浮选工序的供气系统，为浮选机提供稳定气源；焙烧工序的助燃与排烟系统；气体保护系统，为某些敏感工序提供惰性气体环境；物料输送系统，将粉状或颗粒状物料通过气流输送。这些应用场景对风机的密封性、耐腐蚀性、压力稳定性和长期运行可靠性提出了极高要求。

二、稀土提纯专用离心鼓风机系列概述

根据稀土提纯工艺的不同阶段和气体处理要求，行业内开发了多个专用风机系列，每个系列都有其特定的设计特点和适用范围：

“C(La)”型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联结构，每级叶轮都能提高气体压力，最终达到较高的出口压力。该系列风机适用于需要中等流量、较高压力的工艺环节，如物料输送系统和某些反应器的气体供给。其多级设计使得在相同转速下能够获得比单级风机更高的压比，同时效率相对较高。

“CF(La)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门针对稀土浮选工艺开发，特别注重气流的稳定性和微气泡生成能力。浮选工艺要求气体能够均匀分散成细小气泡，以便于稀土矿物颗粒的附着。该系列风机在叶轮设计和进出口导流装置上进行了优化，减少了气流脉动，提高了气体分散性。

“CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机：这是“CF(La)”系列的改进型，主要在能耗控制和适应性方面进行了提升。通过改进叶型设计和采用可调节导叶，能够根据浮选槽的液位和矿物负荷自动调整供气参数，实现节能运行。

“D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机：这是本文重点介绍的类型，专门为要求高压力、高转速的稀土提纯环节设计。该系列风机采用高速直驱或齿轮增速驱动，叶轮采用高强度材料制造，能够承受较高的离心应力。适用于需要将气体压缩到较高压力的场合，如某些高压反应系统或长距离气体输送。

“AI(La)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，叶轮悬臂安装，适用于空间受限的中低压场合。常用于辅助系统和局部供气。

“S(La)”型系列单级高速双支撑加压风机：叶轮两端均有轴承支撑，运行稳定性好，适用于高转速、中等压力的场合。

“AII(La)”型系列单级双支撑加压风机：在“AI(La)”系列基础上增加了叶轮另一侧的支撑，提高了转子刚性，适用于较宽流量范围的中压场合。

这些风机系列可输送的气体包括：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。不同气体介质的物理性质（密度、粘度、等熵指数等）差异较大，需要风机在设计和选型时进行专门考虑。

三、D(La)225-1.54型高速高压多级离心鼓风机详解

3.1 型号解读与技术参数

风机型号“D(La)225-1.54”中，“D”表示该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机；“La”表示该风机特别针对镧提纯工艺进行了优化设计；“225”表示风机在设计工况下的流量为每分钟225立方米；“-1.54”表示风机出口压力为1.54个大气压（表压），即绝对压力约为2.54个大气压。需要注意的是，如果没有特殊标注进风口压力，通常默认为进风口压力是1个大气压（绝对压力）。

该型号风机的主要设计参数包括：

设计流量：225 m³/min（可根据实际工况在一定范围内调节）

进口压力：1 atm（标准大气压）

出口压力：1.54 atm（表压）

压缩比：2.54/1 = 2.54

介质：通常为空气，但可根据工艺需要输送上述其他气体

驱动方式：通常采用电机+齿轮增速箱或高速直驱电机

冷却方式：根据压力升高和温升情况，可能采用中间冷却或后冷却

控制方式：进口导叶调节、转速调节或出口阀门调节

3.2 结构与工作原理

D(La)225-1.54型风机采用多级离心式压缩原理，气体沿轴向进入风机，经过多级叶轮逐级增压。每级由叶轮、扩压器和回流器组成，气体在叶轮中获取动能，在扩压器中将动能转化为压力能。多级设计使得风机能够达到较高的总压比，同时每级的压比较为适中，有利于提高效率和稳定性。

该风机的核心特点是高速高压，转速通常可达每分钟数千转甚至上万转，因此对转子动力学设计和动平衡精度要求极高。高速运行带来的优势是风机体积相对较小，功率密度高，但同时也对轴承、密封和振动控制提出了更高要求。

3.3 主要部件详解

风机主轴：作为转子的核心支撑件，主轴通常采用高强度合金钢制造，如42CrMo或类似材料，经过调质处理以获得良好的综合力学性能。主轴的设计需要考虑临界转速避开工作转速一定范围，通常要求一阶临界转速高于工作转速的125%或低于工作转速的75%。主轴与叶轮的配合通常采用过盈配合加键连接，确保在高转速下不会松动。

风机轴承与轴瓦：对于高速高压离心鼓风机，滑动轴承（轴瓦）通常比滚动轴承更适合，因为滑动轴承具有更好的阻尼特性和更高的极限转速。轴瓦材料常采用巴氏合金（锡锑铜合金）衬层，这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，能够容忍微小的不对中和杂质。轴承润滑通常采用强制压力供油系统，确保在启动、运行和停机过程中都有充足的油膜形成。

风机转子总成：包括主轴、各级叶轮、平衡盘、推力盘等旋转部件的组合体。叶轮是转子的核心部件，通常采用高强度铝合金或不锈钢制造，对于特殊腐蚀性介质可能需要采用钛合金或镍基合金。叶轮制造后需要进行精密的动平衡校正，通常要求达到G2.5或更高的平衡等级。多级风机的转子还需要考虑轴向力的平衡问题，通常采用平衡盘或反向布置叶轮的方式来减少推力轴承的负荷。

气封与密封系统：在离心鼓风机中，密封系统至关重要，它防止气体在级间泄漏和向外泄漏。D(La)225-1.54型风机通常采用以下密封组合：

级间密封：通常采用迷宫密封，利用一系列节流齿与轴形成微小间隙，使气体经过多次节流膨胀来减少泄漏。迷宫密封设计的关键是间隙控制，太小可能引起摩擦，太大则泄漏增加。

轴端密封：对于不允许气体外泄或空气吸入的场合，需要采用更有效的轴端密封。碳环密封是常用选择，由多个碳环组成，依靠弹簧力使其与轴保持接触，形成动态密封。碳环具有自润滑性，摩擦系数低，能够适应一定的轴跳动。

油封：用于轴承箱的密封，防止润滑油泄漏和外界杂质进入。通常采用唇形密封或机械密封。

轴承箱：容纳轴承和提供润滑的系统部件。轴承箱需要有足够的刚性来保持轴承的对中性，同时内部设计要确保润滑油能顺畅流动到所有需要润滑的表面。轴承箱通常设置观察窗、温度测点和振动测点，方便运行监控。

碳环密封：作为高端离心鼓风机的常用轴封形式，碳环密封由多个碳环串联组成，每个环在弹簧作用下与轴保持轻微接触。碳环密封的优点是泄漏量小，寿命长，维护相对简单。但需要确保润滑和冷却，防止干摩擦导致过热损坏。

四、风机配件系统详解

4.1 进气过滤系统

稀土提纯环境往往存在粉尘和腐蚀性气体，进气过滤系统对保护风机至关重要。过滤系统通常包括初级过滤（去除大颗粒）、中级过滤（去除中等颗粒）和高效过滤（去除细颗粒）三级。对于特殊气体，还可能包括化学过滤层去除腐蚀性成分。

4.2 润滑系统

高速风机的润滑系统通常采用强制循环压力供油方式，包括主油泵、辅助油泵、油箱、冷却器、过滤器和压力调节阀等。系统需要确保在启动前先建立油压，停机后继续供油一段时间冷却轴承。油质监控也至关重要，定期检测油的粘度、水分含量和金属颗粒浓度。

4.3 冷却系统

气体被压缩后温度会升高，根据工艺需要可能需要中间冷却或后冷却。冷却器通常采用管壳式或板式换热器，冷却介质可以是水或空气。冷却系统的设计需要计算对数平均温差和传热系数，确保足够的冷却能力。

4.4 控制系统与监测系统

现代离心鼓风机通常配备完善的控制和监测系统，包括：

防喘振控制系统：防止风机进入喘振区，通常通过监测流量和压差，控制回流阀或放空阀实现

振动监测系统：监测轴承座的振动速度或加速度，早期发现不平衡、不对中或松动故障

温度监测系统：监测轴承温度、润滑油温度、排气温度等

压力监测系统：监测进气压力、排气压力、油压等

流量监测系统：监测风机实际流量，用于过程控制和性能评估

4.5 消声与隔振系统

高速风机噪声较大，通常需要采取消声措施，如进气消声器、排气消声器和隔声罩。振动传递则通过弹性基础和柔性连接来控制。

五、风机维修与维护

5.1 日常维护

日常维护包括：检查油位和油质，检查过滤器压差，监测振动和温度数据，检查密封有无泄漏，检查紧固件有无松动。日常维护记录应详细完整，为故障预测提供数据基础。

5.2 定期检修

定期检修通常分为三级：

小修（每运行3000-5000小时）：更换润滑油和过滤器，检查密封状态，清洁冷却器，检查联轴器对中。

中修（每运行15000-20000小时）：包括小修所有内容，加拆检轴承检查磨损情况，检查叶轮积垢和腐蚀情况，校准监测仪表。

大修（每运行40000-60000小时或根据状态监测结果）：全面拆解风机，检查所有部件的磨损和疲劳状况，更换所有密封件和轴承，检查主轴直线度和表面状态，叶轮进行无损检测和动平衡校正。

5.3 常见故障与处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡、轴承磨损、对中不良、基础松动或进入喘振区。处理方法是首先检查运行参数是否正常，然后逐步排查机械原因。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或污染、冷却不足、轴承损坏或负荷过大。处理方法是检查润滑系统和冷却系统，必要时检查轴承状态。

性能下降：可能原因包括密封磨损导致内泄漏增加、叶轮腐蚀或积垢、过滤器堵塞。处理方法是检查过滤器和密封，必要时清洗或更换叶轮。

异常噪声：可能原因包括喘振、轴承损坏、叶片与静止件摩擦或松动部件振动。需要根据噪声特征判断具体原因。

5.4 维修注意事项

维修离心鼓风机需要特别注意：

拆卸前必须做好标记，记录原始位置

使用专用工具，避免损坏精密部件

清洁工作环境，防止异物进入风机内部

严格按照力矩要求紧固螺栓

维修后必须进行对中校正和动平衡校验

试车前必须手动盘车确认无卡阻

六、工业气体输送的特殊考虑

在稀土提纯工艺中，风机可能需要输送各种工业气体，不同气体对风机的设计、材料和操作都有特殊要求：

6.1 气体性质的影响

密度影响：气体密度直接影响风机的压头和功率。对于轻气体如氢气，相同压升需要的理论功率较小，但实际设计需要考虑密封和材料相容性。

等熵指数影响：等熵指数（绝热指数）影响压缩温升，高指数气体压缩时温升更高，需要更强的冷却。

腐蚀性影响：如氧气、氯气等具有强氧化性，需要特殊材料如不锈钢、蒙乃尔合金甚至钛合金。

危险性影响：如氢气易燃易爆，氧气助燃，需要防爆设计和严格密封。

6.2 特殊气体输送风机的设计要点

氧气输送：必须彻底除油，所有接触氧气的表面需要脱脂处理，采用不锈钢或铜合金材料，防止高速摩擦产生火花。

氢气输送：由于氢气密度小、渗透性强，需要特殊密封设计，通常采用干气密封或特殊迷宫密封。材料需要考虑氢脆问题。

腐蚀性气体输送：根据具体气体性质选择合适的耐腐蚀材料，如不锈钢、哈氏合金、聚四氟乙烯衬里等。

高温气体输送：需要考虑材料的热膨胀和高温强度，通常采用耐热钢，并设计适当的冷却和热补偿结构。

6.3 气体切换与混输注意事项

在稀土提纯过程中，有时需要切换输送不同气体或输送混合气体，这需要特别注意：

不同气体的压缩性不同，切换时可能引起喘振或超负荷

某些气体混合可能产生危险，如氧气与油蒸气混合可能爆炸

气体切换前需要彻底吹扫，防止残留气体与新气体发生反应

混合气体需要考虑各组分对材料的影响，选择兼容性材料

七、选型与应用建议

7.1 选型原则

为镧提纯工艺选择离心鼓风机时，需要考虑：

工艺气体性质（成分、温度、湿度、洁净度）

流量和压力要求，包括正常值和可能的变化范围

安装环境（室内/室外、海拔、环境温度）

运行制度（连续/间歇、负荷变化频率）

控制要求（手动/自动、远程/就地）

特殊要求（防爆、防腐、低噪声）

7.2 性能匹配

风机选型应使其高效区覆盖常用工况点，避免长期在低效区或喘振边界运行。对于负荷变化大的场合，建议选择可调节风机（如变频调速、可调导叶）以提高部分负荷效率。

7.3 系统集成

风机不是孤立设备，需要与前后工艺设备良好匹配。特别是：

进口管道应平直，长度足够（通常不小于3倍管径），避免急弯影响气流均匀性

出口管道需要适当的支撑和膨胀节，吸收热膨胀和振动

对于高压风机，需要考虑管道和阀门的承压能力

电气系统需要与风机的启动特性和控制要求匹配

八、技术发展趋势

随着稀土提纯工艺的不断进步和对节能环保要求的提高，离心鼓风机技术也在不断发展：

高效化：通过计算流体动力学优化叶轮和流道设计，提高效率3-5%；采用三元流叶轮等先进技术。

智能化：集成物联网技术，实现远程监控、故障诊断和预测性维护；采用先进控制算法优化运行。

高速直驱化：采用高速永磁电机直接驱动，取消齿轮箱，提高效率，减少维护。

材料进步：采用复合材料、陶瓷涂层等新材料，提高耐腐蚀性和耐磨损性。

模块化设计：便于快速维护和部件更换，减少停机时间。

节能技术：采用余热回收、能量回馈等技术，降低系统能耗。

结语

D(La)225-1.54型高速高压多级离心鼓风机作为轻稀土（铈组稀土）镧提纯工艺中的关键设备，其性能直接影响提纯效率和产品质量。正确选择、合理使用和科学维护风机设备，对于确保稀土提纯生产线的稳定运行、降低能耗和维护成本具有重要意义。随着技术进步，风机设备将更加高效、智能和可靠，为稀土工业的可持续发展提供有力支撑。

作为风机技术人员，我们需要不断学习新技术、新工艺，深入理解稀土提纯工艺对风机设备的需求，才能提供最合适的风机解决方案，为我国的稀土产业发展做出贡献。