轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机：AI(Ce)1090-2.59型离心鼓风机基础与应用解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈(Ce)提纯风机、AI(Ce)1090-2.59、离心鼓风机、风机配件、风机修理、工业气体输送、稀土矿加工

1. 引言：稀土提纯工艺中的风机技术重要性

在轻稀土（铈组稀土）的工业化提纯过程中，离心鼓风机作为关键的气体输送与加压设备，发挥着不可替代的作用。稀土矿提纯工艺涉及焙烧、浮选、气体分离、化学处理等多个环节，每个环节都对气体输送设备的压力、流量、气体兼容性和可靠性有着严格要求。特别是针对铈(Ce)元素的分离与提纯，工艺气体往往具有腐蚀性、高温或易燃易爆特性，这对风机设计提出了特殊挑战。

我国稀土工业经过数十年的发展，已形成完整的专用风机产品体系，包括C(Ce)型、CF(Ce)型、CJ(Ce)型、D(Ce)型、AI(Ce)型、S(Ce)型和AII(Ce)型等多个系列，满足从浮选、焙烧到气体分离的全流程需求。本文将重点围绕AI(Ce)1090-2.59型单级悬臂加压风机展开详细说明，同时系统阐述风机关键配件、维修保养要点以及工业气体输送的特殊考虑。

2. AI(Ce)型系列单级悬臂加压风机技术特点

2.1 产品系列定位与设计理念

AI(Ce)型系列风机专门为轻稀土提纯工艺中的中等压力气体输送需求设计，采用单级悬臂结构，具有结构紧凑、维护方便、运行稳定等特点。该系列风机基于空气动力学原理，通过叶轮高速旋转产生离心力，将机械能转化为气体压力能和动能。与多级风机相比，单级设计减少了内部流道损失，提高了特定工况下的效率。

悬臂式设计意味着叶轮安装在主轴的一端，另一端由轴承支撑，这种结构消除了轴穿过机壳的可能泄漏点，特别适合输送有一定纯度要求或轻微腐蚀性的工艺气体。轴承箱与气流区域完全隔离，防止了气体污染润滑系统，也避免了润滑油污染工艺气体。

2.2 AI(Ce)1090-2.59型风机详细解读

风机型号“AI(Ce)1090-2.59”包含以下重要信息：

系列标识：“AI”代表单级悬臂加压风机系列，这是区别于其他系列的核心标识。

元素标识：“(Ce)”明确该风机专为铈元素提纯工艺优化设计，材料选择和内部间隙考虑了铈提纯过程中的气体特性。

流量参数：“1090”表示风机在设计工况下的额定流量为每分钟1090立方米。这一流量范围适用于中型稀土提纯生产线，能够满足浮选、气体搅拌或物料输送的气量需求。

压力参数：“-2.59”表示风机出口绝对压力为2.59个大气压（约0.159MPa表压）。这里需要特别注意，与“AI(Ce)400-1.3”型号不同，AI(Ce)1090-2.59未使用“/”符号分隔进排气压力，按照行业规范，这表示风机进口压力为标准大气压（1个大气压），出口压力为2.59个绝对大气压，实际压升为1.59个大气压。

性能特点分析：
该型号风机采用后弯式叶轮设计，叶片出口角小于90度，这种设计虽然单级压比较前弯或径向叶轮低，但效率更高，性能曲线更平稳，不易出现喘振现象。根据离心风机的基本定律:欧拉方程，叶轮对气体做功量等于气体在叶轮进出口处的动量矩变化，后弯叶片减少了出口绝对速度中的动能分量，增加了压力能分量，更适合需要稳定压力的工艺场景。

电机功率选择遵循“风机轴功率等于气体有效功率除以风机效率”的原则，考虑气体密度变化（稀土工艺气体密度常与空气不同），需根据实际输送气体的物性参数重新计算。对于AI(Ce)1090-2.59，输送空气时轴功率约为75-85kW，具体取决于风机效率曲线上的工作点位置。

3. 风机关键配件详解

3.1 风机主轴与轴承系统

主轴设计：AI(Ce)系列风机主轴采用42CrMoA合金钢整体锻造，调质处理后硬度达到HB240-280，具有优异的综合机械性能。主轴设计需同时考虑临界转速、扭矩传递和悬臂载荷。临界转速计算遵循“一阶临界转速应高于工作转速的125%”的安全准则，避免共振。主轴与叶轮采用过盈配合加键连接的双重固定方式，确保高速旋转下的可靠连接。

轴承与轴瓦：鉴于稀土提纯工艺的连续生产特性，AI(Ce)1090-2.59采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承。滑动轴承具有承载能力大、阻尼性能好、寿命长的优点。轴瓦材料为锡基巴氏合金（ChSnSb11-6），厚度3-5mm，浇铸在铸钢瓦背上。巴氏合金具有良好的嵌入性和顺应性，微小杂质进入油膜时能被压入合金层，避免轴颈划伤。

轴承润滑采用强制循环油系统，油压维持在大约0.15-0.2MPa，确保形成完整的动压油膜。根据雷诺方程描述的滑动轴承润滑原理，轴旋转时带动润滑油形成楔形油膜，产生压力支撑转子。油膜厚度通常控制在0.03-0.05mm，通过轴承间隙和润滑油粘度精确控制。

3.2 转子总成与动平衡

转子总成包括叶轮、主轴、平衡盘（如有）和联轴器半体。叶轮为闭式结构，前后盖板与叶片焊接而成，材料根据输送气体性质可选Q235-A（空气）、304不锈钢（腐蚀性气体）或316L不锈钢（含氯离子环境）。叶轮焊缝需进行100%X射线探伤，确保无缺陷。

动平衡等级要求达到G2.5级（ISO1940标准），即在最高工作转速下，转子的单位质量允许不平衡量不超过2.5mm/s。平衡校正采用去重法，在叶轮盖板特定位置钻孔去除材料。不平衡量计算公式为：允许不平衡量等于平衡精度等级乘以转子质量再除以角速度。对于AI(Ce)1090-2.59，叶轮质量约85kg，工作转速2950r/min，计算得允许残余不平衡量小于120g·mm。

3.3 密封系统：气封、油封与碳环密封

气封（迷宫密封）：在叶轮入口与机壳间设置迷宫密封，由一系列环形齿片与轴套组成微小间隙，气体通过多次节流膨胀消耗能量，有效减少内泄漏量。间隙设计值为0.25-0.35mm（直径方向），过大则泄漏增加，过小易发生摩擦。

油封：轴承箱两端采用骨架油封，防止润滑油外泄。接触式油封唇口与轴颈过盈量0.3-0.5mm，材料为氟橡胶，耐温耐油性好。非接触式甩油环利用离心力将试图外溢的油甩回油箱。

碳环密封：对于输送氢气等小分子气体或有毒有害气体，AI(Ce)系列可选配碳环密封作为轴端密封。碳环由多个分段环组成，在弹簧力作用下紧贴轴套，形成径向密封。碳材料具有自润滑性，即使轻微接触也不会损伤轴颈。密封气体压力通常比轴承箱油压高0.05MPa，确保任何泄漏方向都是密封气向轴承箱，而非油进入工艺气。

3.4 轴承箱与润滑系统

轴承箱为铸铁件，结构上需保证足够的刚性，避免因变形影响轴承对中。箱体设计有观察窗、温度计接口和油位计。润滑系统包括主油箱、油泵、冷却器和双联过滤器。油泵一用一备，确保不间断供油。润滑油选择ISO VG46透平油，每半年取样检测一次，根据水分、酸值和颗粒污染度决定是否更换。

4. 风机常见故障与维修要点

4.1 振动异常分析与处理

振动是离心风机最常见的故障现象，原因多元：

不平衡振动：特征为振动频率等于转速频率，幅值随转速平方增加。需重新进行动平衡校正。

不对中振动：联轴器两侧轴承振动相位差约180°，包含转速的1倍和2倍频率成分。需重新对中，要求径向偏差≤0.05mm，角度偏差≤0.05mm/m。

轴承损坏振动：滑动轴承损坏时可能出现半速涡动（频率约为0.5倍转速频率）或油膜振荡。需检查轴承间隙、润滑油温和粘度。

基础松动振动：振动幅值不稳定，随负荷变化明显。需检查地脚螺栓紧固力矩，基础混凝土是否开裂。

对于AI(Ce)1090-2.59，振动速度有效值应控制在≤4.5mm/s（轴承箱测量），超过7.1mm/s需停机检查。

4.2 轴承温度过高处理

轴承温度正常应≤75℃（环境温度40℃基准）。温度过高可能原因：

润滑油不足或变质：检查油位，化验油品

轴承间隙过小：安装间隙应为轴颈直径的0.12%-0.15%

润滑油冷却不足：清洗冷却器，检查冷却水流量

轴瓦刮研不良：接触斑点应达到每平方厘米2-3点，且均匀分布

4.3 性能下降（压力、流量不足）排查

性能下降可能原因及处理方法：

叶轮磨损或腐蚀：检查叶片厚度，磨损超过原厚度1/3需更换或堆焊修复

密封间隙过大：测量迷宫密封间隙，超标50%需更换密封套

进口过滤器堵塞：检查压差，超过500Pa需清洗或更换滤芯

转速下降：检查电机电压、频率，检查皮带传动是否打滑（如有）

4.4 大修流程与质量标准

AI(Ce)型风机大修周期通常为24000运行小时或3年（先到为准）。大修主要步骤：

拆卸与清洗：按顺序拆卸进出口管路、联轴器护罩、上机壳、转子等。所有部件使用煤油清洗，精密部件用无水乙醇清洗。

测量与检查：

轴弯曲度：全长≤0.03mm

轴颈圆度/圆柱度：≤0.01mm

叶轮口环处跳动：≤0.05mm

轴承间隙：实测并记录

修复与更换：

磨损部件修复：叶轮叶片堆焊使用A302不锈钢焊条，加工后做动平衡

密封件更换：所有密封件无论状态如何，大修时必须更换新品

轴瓦刮研：新瓦或修复瓦需刮研至接触面积≥85%

组装与对中：按逆顺序组装，关键螺栓（地脚、轴承盖）需扭矩扳手紧固。联轴器对中使用百分表双表法，偏差控制在公差内。

试车：大修后需进行4小时空载试车和8小时负载试车，记录振动、温度、电流等参数。

5. 稀土提纯工艺中的工业气体输送特殊考虑

5.1 不同气体的物性影响与风机选材

稀土提纯涉及多种工业气体，其物性差异显著影响风机设计和选型：

密度影响：气体密度直接影响风机轴功率，功率与密度成正比关系。例如，输送氢气（密度约为空气的1/14）时，相同工况下功率仅为输送空气时的约7%，但体积流量相同。反之，输送氩气（密度约为空气的1.4倍）时，功率增加40%。

腐蚀性气体：输送含氯离子、氟离子或二氧化硫的工业烟气时，过流部件需选用耐蚀材料。AI(Ce)系列可选配：

304不锈钢：耐一般腐蚀

316L不锈钢：耐氯离子腐蚀，Mo含量2-3%

钛合金：耐氯离子腐蚀性最优，但成本高

易燃易爆气体：如氢气、一氧化碳等，需采取防爆措施：

电机防爆等级：ExdIIBT4或更高

静电接地：电阻≤4Ω

密封可靠：防止泄漏积聚

氧气输送特殊要求：输送氧气时，所有接触氧气的部件需严格去油脱脂，使用专用油脂（氟化脂），避免油脂与高压氧接触引发燃爆。材料选择上，铜合金或不锈钢优于碳钢。

5.2 系列风机在稀土工艺中的分工

不同系列风机在稀土提纯流程中扮演不同角色：

C(Ce)型多级离心鼓风机：用于需要较高压比的环节，如焙烧炉鼓风，压力可达0.4-0.8MPa，级数通常3-5级。

CF(Ce)/CJ(Ce)型浮选专用风机：针对浮选槽曝气特点优化，压力中等（0.1-0.25MPa），流量调节范围宽，能适应浮选药剂产生的泡沫影响。

D(Ce)型高速高压风机：采用增速齿轮箱，转速可达10000-20000r/min，单级即可达到较高压比，用于需要紧凑布置的高压气体输送。

S(Ce)型单级高速双支撑风机：双支撑结构更稳定，适合大流量、中高压场合，如大规模浮选厂。

AII(Ce)型单级双支撑加压风机：双支撑设计比悬臂式更适于重型转子或更高压力，是AI系列的补充。

5.3 气体密度变化对性能曲线的修正

稀土工艺中气体成分、温度、压力变化会导致密度变化，需对风机性能曲线进行修正。根据相似定律：

流量与转速成正比

压力与转速平方成正比，与密度成正比

功率与转速立方成正比，与密度成正比

实际操作中，需根据实际气体参数计算密度比，修正设计工况点。例如，输送80℃热空气时，密度约为标准空气的0.78倍，相同转速下压力相应降低，电机功率也降低。

5.4 系统匹配与节能优化

稀土提纯是能耗密集型过程，风机节能尤为重要：

合理选型：避免“大马拉小车”，AI(Ce)1090-2.59在90-110%额定流量区间效率最高，偏离此范围效率明显下降。

变速调节：采用变频驱动代替进口导叶或出口节流调节，可大幅降低部分负荷时的能耗。理论上，流量减少20%，采用变频可节能约50%（与节流调节相比）。

系统优化：减少管路阻力，合理布置弯头、阀门，定期清洗过滤器，维持系统在高效区运行。

热回收：对于压缩后温度升高的气体，可考虑余热回收，用于工艺加热或冬季供暖。

6. 结论与展望

AI(Ce)1090-2.59型单级悬臂加压风机作为轻稀土铈提纯工艺中的关键设备，其设计充分考虑了稀土工业的特殊需求。从材料选择到密封设计，从结构布局到维修便利性，都体现了专用设备的专业性。正确的操作、定期的维护和及时的修理，是确保风机长期稳定运行的基础。

随着稀土工业向精细化、绿色化方向发展，未来稀土提纯风机将呈现以下趋势：

智能化升级：集成振动监测、温度监测、性能分析等传感器，实现预测性维护，减少非计划停机。

材料进步：新型耐蚀材料、耐磨涂层应用，延长风机在苛刻环境下的使用寿命。

高效化设计：通过CFD优化流道，提高效率2-5个百分点，对长期运行的节能效果显著。

标准化与模块化：提高配件互换性，缩短维修时间，降低备件库存成本。

作为风机技术人员，我们需不断学习新知识，掌握新技术，为稀土这一战略资源的提纯加工提供可靠、高效、节能的气体输送解决方案。正确理解风机型号含义、熟悉配件特性、掌握维修技能，是确保稀土生产线稳定运行的基本要求，也是我们专业技术人员的价值所在。