轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机AI(Ce)2255-2.84技术详解与应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈(Ce)提纯、离心鼓风机、AI(Ce)2255-2.84、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土矿加工

第一章 轻稀土提纯工艺中的关键设备:离心鼓风机概述

在稀土矿提纯工艺中，离心鼓风机作为气体输送与加压的核心设备，发挥着不可替代的作用。轻稀土，特别是铈组稀土（包括镧、铈、镨、钕等元素）的提纯过程，涉及浮选、焙烧、气体保护、烟气处理等多个环节，每个环节都对气体输送设备有着特殊要求。

稀土提纯用离心鼓风机需要满足以下基本条件：能够稳定输送特定工业气体，具备精确的压力控制能力，耐腐蚀性能良好，密封系统可靠，运行效率高且维护方便。针对这些需求，我国风机行业开发了多个专门针对稀土提纯的离心鼓风机系列，包括"C(Ce)"型系列多级离心鼓风机、“CF(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机、“CJ(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机、“D(Ce)”型系列高速高压多级离心鼓风机、“AI(Ce)”型系列单级悬臂加压风机、“S(Ce)”型系列单级高速双支撑加压风机以及“AII(Ce)”型系列单级双支撑加压风机。

这些风机可输送的气体种类丰富，涵盖空气、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，满足了稀土提纯全流程的气体需求。

第二章 AI(Ce)2255-2.84型风机技术参数与结构解析

2.1 型号含义解读

AI(Ce)2255-2.84型风机型号中每个部分都有特定含义：

"AI"代表AI系列单级悬臂加压风机，这是该风机的基本结构形式

"(Ce)"表示该风机专为铈组稀土提纯工艺设计和优化

"2255"表示风机在设计工况下的流量为每分钟2255立方米

"-2.84"表示风机出风口压力为2.84个大气压（绝对压力）

该型号中没有"/"符号，表示进风口压力为1个大气压（标准大气压）

作为对比，型号中如果出现"/"符号，如"AI(Ce)400-1.3/0.8"，则表示进风口压力为0.8个大气压，出风口压力为1.3个大气压。AI(Ce)2255-2.84这种标注方式表明该风机从标准大气压环境吸气，加压至2.84个大气压后排出。

2.2 性能特点与应用场景

AI(Ce)2255-2.84型风机专为轻稀土提纯中的气体加压环节设计，特别适用于：

浮选工艺中的供气系统，为浮选槽提供稳定气流

焙烧工艺中的保护气体输送，防止稀土氧化物在高温下发生不利化学反应

烟气循环系统，提高热能利用率并减少废气排放

气体分离系统的加压环节

该型风机采用单级悬臂结构，具有结构紧凑、占地面积小、启动迅速、调节灵敏等特点。其压力-流量特性曲线平缓，能够在较大流量范围内保持压力稳定，非常适合稀土提纯工艺中气体需求量波动的情况。

2.3 主要技术参数

在实际运行中，AI(Ce)2255-2.84型风机的主要技术参数包括：

设计流量：2255立方米/分钟（可根据实际工况在±15%范围内调节）

进口压力：标准大气压（101.325kPa）

出口压力：2.84个大气压（绝对压力287.8kPa）

升压：186.5kPa

工作温度范围：-20℃至150℃（根据密封和润滑系统配置不同）

转速：根据具体配置，通常在2950-9800rpm之间

配套电机功率：约450-600kW，具体取决于运行工况和效率要求

噪声等级：≤85dB(A)（在距机壳1米处测量）

第三章 AI(Ce)2255-2.84型风机核心部件详解

3.1 风机主轴

AI(Ce)2255-2.84型风机的主轴采用高强度合金钢整体锻造，经过调质处理、精密加工和动平衡校正。主轴的设计充分考虑了悬臂结构的受力特点，在叶轮侧设有足够的悬伸刚度支撑，防止在高速旋转时产生过大的挠度。主轴与叶轮的配合采用过盈配合加键连接的双重固定方式，确保在高速旋转和负荷变化时不会发生相对位移。

主轴的热处理工艺特别重要，需要保证表面硬度达到HRC50-55，而芯部保持较好的韧性，这样既能承受叶轮的径向和轴向载荷，又能抵抗因温度变化引起的热应力。主轴轴承颈部位的表面粗糙度要求达到Ra0.4以下，减少与轴承的摩擦损耗。

3.2 风机轴承与轴瓦系统

AI(Ce)2255-2.84型风机根据用户需求可配置滚动轴承或滑动轴承。对于高转速、重负荷的应用环境，多采用精密滑动轴承配轴瓦的结构。

轴瓦材料通常采用锡基巴氏合金，这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，即使有微小杂质进入润滑系统，也不会立即造成轴颈损伤。轴瓦与轴颈的配合间隙经过精密计算，通常控制在轴颈直径的千分之一到千分之一点五之间。间隙过大会导致油膜不稳定，产生振动；间隙过小则可能因热膨胀而导致抱轴事故。

轴承润滑系统采用强制润滑方式，配备独立的油站，确保在任何工况下都有充足的清洁润滑油供应。润滑油不仅起到润滑作用，还带走轴承产生的热量，维持轴承温度在安全范围内。

3.3 风机转子总成

转子总成是离心鼓风机的核心工作部件，AI(Ce)2255-2.84型风机的转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器部件等。

叶轮采用后弯式叶片设计，叶片数量通常为12-16片，采用三元流理论设计，确保在宽工况范围内都能保持高效率。叶轮材料根据输送气体的性质选择，对于腐蚀性气体，采用不锈钢或特种合金；对于一般工业气体，可采用高强度铝合金。叶轮制造完成后，需经过精密动平衡校正，不平衡量控制在G2.5级以内，确保高速运转时的稳定性。

平衡盘的设计对于悬臂式风机尤为重要，它能有效抵消叶轮产生的轴向推力，减少止推轴承的负荷。平衡盘的直径和间隙经过精确计算，确保在各种工况下都能提供稳定的平衡力。

3.4 气封与密封系统

稀土提纯工艺中输送的气体往往具有腐蚀性、毒性或易燃易爆性，因此密封系统的可靠性至关重要。AI(Ce)2255-2.84型风机采用多级密封组合设计：

气封系统：在叶轮入口和风机壳体之间设置迷宫密封，通过一系列曲折的通道增加气体泄漏的阻力，减少内泄漏损失。迷宫密封的间隙控制非常关键，通常控制在0.2-0.4mm之间，既要防止与旋转部件摩擦，又要尽量减少泄漏。

碳环密封：在轴伸出机壳的部位采用碳环密封，这是一种非接触式密封，由多个碳环组成，依靠弹簧力使其与轴保持微小的间隙。碳环密封适用于高速旋转设备，摩擦小、寿命长，且能适应一定程度的轴跳动。对于输送特殊气体的工况，还可采用充气式碳环密封，通过向密封腔注入惰性气体，进一步防止工作气体外泄。

油封系统：在轴承箱两侧设置骨架油封或机械密封，防止润滑油泄漏和外部污染物进入。对于高速风机，多采用双唇口油封或复合密封结构，提高密封可靠性。

3.5 轴承箱设计

轴承箱是支撑转子总成并保持其精确定位的关键部件。AI(Ce)2255-2.84型风机的轴承箱采用高强度铸铁铸造，结构刚性好，减震性能优异。轴承箱内部设有精确加工的轴承座，确保轴承安装的同轴度和垂直度。

轴承箱的冷却设计也很重要，通常采用水冷夹套或增设散热片的方式，及时带走轴承产生的热量。轴承箱上还设有多个监测接口，可安装温度传感器、振动传感器等监测设备，实时监控轴承运行状态。

第四章 风机维护与修理要点

4.1 日常维护要点

AI(Ce)2255-2.84型风机的日常维护应重点关注以下几个方面：

润滑系统维护：定期检查润滑油油位、油温和油压；每三个月取样分析润滑油质量，检测水分含量、粘度变化和金属颗粒浓度；每年至少彻底更换一次润滑油，并清洗油路系统。

振动监测：每天记录风机的振动值，特别是轴承部位的振动速度有效值。振动值突然增大往往是故障的先兆，需立即查找原因。振动频谱分析是诊断风机故障的有效手段，通过分析特征频率可判断是否存在不平衡、不对中、轴承损坏等问题。

温度监测：轴承温度应控制在70℃以下，超过85℃需立即停机检查。监测点应包括前后轴承和电机轴承。

密封系统检查：定期检查气封和油封的泄漏情况，对于碳环密封，需检查碳环磨损情况，当磨损量超过原始厚度三分之一时应更换。

4.2 常见故障处理

振动异常：首先检查地脚螺栓是否松动，然后检查联轴器对中情况。风机运行一段时间后，由于基础沉降或管道应力变化，可能导致对中偏差。对中调整应使用双表法，确保径向和轴向偏差都在允许范围内（通常径向偏差≤0.05mm，轴向偏差≤0.03mm）。如果对中正常，则需检查转子平衡状态，必要时进行现场动平衡。

轴承温度过高：检查润滑油供应是否充足，油质是否合格；检查冷却系统是否正常工作；检查轴承间隙是否合适，过小的间隙会导致润滑不良而过热。

风量不足：检查进气过滤器是否堵塞；检查密封间隙是否过大导致内泄漏增加；检查叶轮是否有积垢或磨损，影响气动性能。

4.3 大修要点

AI(Ce)2255-2.84型风机的大修周期通常为2-3年或运行20000小时，主要内容包括：

转子总成全面检查：检查叶轮磨损、腐蚀情况，测量叶片厚度，当磨损量超过原始厚度三分之一时需更换或修复；检查主轴直线度，最大弯曲量不应超过0.03mm；转子重新进行动平衡校正。

轴承更换：拆检轴承，测量轴瓦磨损量，当巴氏合金层厚度减少超过50%时需重新浇铸；检查轴承座磨损情况，必要时进行修复。

密封系统更换：更换所有碳环密封和油封；检查迷宫密封间隙，必要时更换密封片。

壳体检查：检查风机壳体腐蚀和磨损情况，特别是蜗壳和扩压器部位；检查各连接螺栓的紧固情况。

大修完成后，需进行空载试车和负载试车，测试各项性能参数是否达到设计要求，确保风机能够安全稳定运行。

第五章 稀土提纯工艺中的气体输送风机选型与应用

5.1 不同工艺环节的风机选型

轻稀土提纯是一个多阶段的复杂过程，不同阶段对风机的需求各不相同：

浮选阶段：主要使用"CF(Ce)"和"CJ(Ce)"系列专用浮选离心鼓风机，这类风机能够提供稳定、均匀的气流，气泡尺寸分布均匀，有利于稀土矿物与脉石的有效分离。风量调节范围宽，能适应矿石品位变化引起的工艺参数调整。

焙烧阶段：多采用"D(Ce)"型系列高速高压多级离心鼓风机，提供焙烧炉所需的高温保护气体（通常是氮气或氩气），防止稀土化合物在高温下氧化。这类风机耐高温性能好，密封可靠，防止空气渗入保护气体系统。

气体分离与回收阶段：常使用"S(Ce)"和"AII(Ce)"系列单级加压风机，为PSA（变压吸附）或膜分离设备提供原料气体加压。这类风机压力控制精确，能适应吸附塔周期性压力变化。

5.2 特殊气体的输送注意事项

稀土提纯工艺中涉及多种特殊气体，输送时需特别注意：

氢气(H₂)：氢气密度小、渗透性强，输送氢气的风机需特别加强密封，通常采用双端面机械密封加充气密封的组合；同时需考虑防爆要求，电气设备需符合防爆标准。

氧气(O₂)：输送氧气的风机必须彻底除油，所有与氧气接触的部件需进行脱脂处理，防止油脂在高压氧气中燃烧；材料选择上避免使用易燃材料。

腐蚀性气体：如含有氟化物的工业烟气，风机过流部件需采用耐腐蚀材料，如双相不锈钢、哈氏合金等；密封系统需能抵抗腐蚀介质侵蚀。

有毒气体：如含有硫化物的废气，风机密封系统必须零泄漏，通常采用干气密封或磁力驱动等无泄漏技术；同时设置泄漏检测报警装置。

5.3 系统集成与智能控制

现代稀土提纯工厂的风机系统正向智能化、集成化方向发展：

智能控制系统：通过PLC或DCS系统集成风机控制，实现风量、压力的自动调节，根据工艺需求自动匹配最优运行参数；配备故障诊断系统，提前预警潜在故障。

节能优化：稀土提纯是能耗密集型工艺，风机能耗占比较大。通过变频调速、余热回收、系统优化等措施，可显著降低能耗。例如，将焙烧炉烟气余热用于预热进气，可减少风机做功。

远程监控与维护：通过物联网技术，实现风机运行状态的远程实时监控；利用大数据分析，预测关键部件剩余寿命，实现预测性维护，减少非计划停机。

第六章 结语

AI(Ce)2255-2.84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，其性能直接影响提纯效率和产品质量。本文从结构特点、部件功能、维护修理到系统应用，全面阐述了该型风机的技术要点。

随着稀土材料在高新技术产业中的应用日益广泛，对稀土提纯工艺和设备提出了更高要求。未来稀土提纯用风机将朝着更高效率、更高可靠性、更智能化的方向发展。新材料、新密封技术、智能监测技术的应用，将进一步提升风机性能，满足稀土工业绿色、高效、智能化发展的需求。

作为风机技术人员，我们需要深入理解工艺需求，掌握设备特性，通过精细维护和科学管理，确保风机长期稳定运行，为我国稀土工业的发展提供可靠装备保障。