轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机:D(La)1862-2.71型高速高压多级离心鼓风机技术详解

作者：王军（139-7298-9387）

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第一章 稀土矿提纯工艺与离心鼓风机的技术关联

稀土元素作为现代工业的“维生素”，在新能源、电子信息、国防军工等领域具有不可替代的战略价值。轻稀土（铈组稀土）主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素，其提取和提纯工艺对气体输送设备提出了特殊要求。在镧的湿法冶金提纯过程中，离心鼓风机承担着氧化焙烧、气体输送、浮选供气、尾气处理等关键环节的气源供应任务，其性能直接影响到产品纯度、能耗水平和生产稳定性。

稀土提纯工艺中，气体介质可能包括空气（用于焙烧）、氧气（用于氧化反应）、氮气（用于保护气氛）、二氧化碳（中和过程）以及各类工业烟气。这些气体往往具有温度变化大、含腐蚀性成分、压力要求精确等特点，对鼓风机的材质选择、密封设计、结构强度和调节性能提出了严苛的技术挑战。特别是在镧元素的分离纯化阶段，气体流量和压力的稳定性直接决定了化学反应的完全程度和产品的一致性。

第二章 D(La)型系列高速高压多级离心鼓风机技术概述

2.1 D(La)系列风机设计理念与技术定位

D(La)型系列高速高压多级离心鼓风机专门为稀土冶炼行业设计，针对轻稀土提纯过程中的高压气体输送需求进行了优化。该系列风机采用多级叶轮串联结构，通过逐级增压的方式实现1.5-3.0个大气压的高压输出，同时保持较高的效率和较宽的工况调节范围。与传统单级风机相比，多级设计在相同压比下具有更高的效率和更平稳的压力曲线，特别适合稀土提纯中需要稳定气源压力的工艺环节。

2.2 风机型号编码体系解析

风机型号“D(La)1862-2.71”遵循统一编码规则：

“D”代表高速高压多级离心鼓风机系列

“(La)”表示该风机针对镧元素提纯工艺进行了专门优化

“1862”表示风机在标准状态下的额定流量为每分钟1862立方米

“-2.71”表示风机出口设计压力为2.71个大气压（表压）

进风口压力默认为1个大气压（无特殊标注时）

对于特殊进风条件，型号中会以“/”符号分隔进、出口压力参数。例如，如果进风口压力为1.2个大气压，出口压力为2.71个大气压，则型号会表示为“D(La)1862/1.2-2.71”。这种编码体系使得技术人员能够快速了解风机的基本性能参数。

第三章 D(La)1862-2.71型风机技术特性详解

3.1 性能参数与运行特性

D(La)1862-2.71型风机设计流量为1862立方米/分钟，在标准进气条件（20℃，1个大气压，相对湿度50%）下，能够稳定提供2.71个大气压的压缩气体。该风机采用8级叶轮设计，每级压比控制在1.13-1.15之间，确保整个压缩过程接近等温压缩，减少温升对气体性质和设备寿命的影响。

风机性能曲线呈现出典型的离心风机特征：在额定点附近效率最高，可达82%-85%；流量调节范围宽，在70%-110%额定流量内能保持稳定压力输出；喘振裕度大于15%，确保在工况波动时不进入喘振区。针对稀土提纯工艺中可能出现的负载变化，该风机配备了可调进口导叶和扩压器叶片，能够实现20%范围内的气动调节，满足不同生产阶段的用气需求。

3.2 结构设计与材料选择

D(La)1862-2.71采用水平剖分式机壳设计，便于现场维护和部件更换。机壳材质根据输送气体性质分为三个等级：标准型采用HT250灰铸铁，适用于空气和惰性气体；腐蚀性气体型采用316L不锈钢，适用于含少量酸性成分的工业烟气；高温型采用球墨铸铁QT400-18，并内衬隔热材料，适用于温度低于250℃的气体介质。

叶轮采用高强度铝合金ZL114A精密铸造而成，经过动态平衡校正，残余不平衡量小于G2.5级。每级叶轮之间设置扩压器和回流器，将动能转化为压力能的同时引导气流进入下一级。转子总成采用柔性轴设计，一阶临界转速为工作转速的1.3倍以上，避免共振风险。

第四章 关键配件系统技术解析

4.1 主轴与轴承系统

主轴采用42CrMoA合金钢锻造，经调质处理达到HRC28-32的硬度，表面进行高频淬火增加耐磨性。主轴设计充分考虑多级叶轮的安装需求，采用阶梯轴结构，每级叶轮安装位置设有轴向定位台阶和过盈配合段，确保在高速旋转下的对中和固定。

轴承系统采用滑动轴承与推力轴承组合方案。径向支撑采用椭圆瓦滑动轴承，这种轴承具有较好的抗振性和稳定性，油膜刚度高，能够吸收转子的微小振动。轴瓦材料为巴氏合金ZChSnSb11-6，厚度3mm，与主轴间隙控制在主轴直径的0.15%-0.2%范围内。推力轴承采用金斯伯雷型可倾瓦结构，能够自动平衡各瓦块负荷，承受转子轴向推力并确定转子轴向位置。

4.2 密封系统设计

密封系统是确保风机效率和安全的关键，D(La)1862-2.71采用三级密封组合方案：

气封系统：在每级叶轮进口处设置迷宫密封，利用多次节流膨胀原理减少级间泄漏。密封齿数根据压差确定，一般为12-18齿，齿顶间隙控制在0.25-0.35mm之间，采用铜合金材料减少与主轴摩擦时的火花风险。

油封系统：在轴承箱与机壳连接处采用骨架油封与甩油环组合结构，防止润滑油进入气体流道和气体进入轴承箱。骨架油封选用氟橡胶材质，耐温范围-20℃至200℃，适应风机运行中的温度变化。

碳环密封：对于输送易燃易爆或有毒气体的工况，在轴端设置碳环密封系统。碳环材料为浸渍金属石墨，具有良好的自润滑性和密封性，通过弹簧提供均匀的径向压力，确保与轴套的紧密接触。密封气体注入压力比机内气体压力高0.05-0.1MPa，形成有效隔离。

4.3 转子总成与平衡校正

转子总成包括主轴、8级叶轮、平衡盘、推力盘和联轴器半体等组件。组装前每个叶轮都经过单独动平衡校正，残余不平衡量小于1g·mm/kg。总装后整个转子进行高速动平衡，在平衡机上以工作转速的1.1倍（约8500rpm）运行，通过加重法校正，最终不平衡量达到G1.0级标准，确保风机运行振动值低于2.8mm/s。

平衡盘设置在高压端，直径经过精确计算，能够产生与转子轴向推力方向相反的平衡力，减少推力轴承负荷。平衡盘与固定套筒的径向间隙控制在0.3-0.4mm之间，既保证平衡效果又避免摩擦。

第五章 风机维护与修理技术要点

5.1 日常维护与监测

D(La)1862-2.71风机需要建立完善的日常监测体系，包括振动监测、温度监测、压力监测和流量监测。关键监测点包括：轴承座振动（X、Y方向）、轴承温度（前后径向轴承和推力轴承）、进出口压力、润滑油压力和流量。建议安装在线监测系统，实时采集数据并设置预警阈值。

润滑油系统维护是确保风机长期稳定运行的关键。润滑油选用ISO VG46透平油，每三个月取样化验一次，监测粘度、酸值、水分和金属颗粒含量。滤芯压差达到0.15MPa时必须更换，正常情况下每运行2000小时更换一次滤芯。

5.2 定期检修内容与周期

小修（每运行4000小时）：检查密封间隙、紧固地脚螺栓、清洁气体过滤器、检查联轴器对中、更换润滑油滤芯。

中修（每运行16000小时）：包括小修全部内容，增加检查轴承间隙、检查叶轮磨损情况、检查密封齿磨损、校准仪表传感器、检查基础沉降。

大修（每运行48000小时或4年）：全面解体风机，检查或更换所有易损件，包括：更换轴瓦（如间隙超过设计值30%）、更换密封组件、检查主轴直线度（允许最大弯曲0.02mm）、检查叶轮裂纹（渗透探伤）、检查机壳变形、重新进行动平衡校正。

5.3 常见故障诊断与处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承损坏、基础松动或气体脉动。处理步骤为：首先检查基础螺栓和联轴器对中；其次监测振动频谱，确定是否为一倍频（不平衡）或二倍频（对中问题）；最后根据分析结果进行平衡校正或重新对中。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足、油质恶化、轴承间隙过小或负荷过大。处理措施：检查油压和油量；化验润滑油质量；测量轴承间隙；检查平衡管是否通畅，减少轴向推力。

压力波动或流量不足：可能原因包括密封磨损导致内泄漏增加、过滤器堵塞、进气条件变化或工艺系统阻力增加。需要检查各级间压力分布，确定泄漏部位；清洁或更换过滤器；核实工艺参数变化。

第六章 稀土提纯工艺中其他专用风机简介

6.1 C(La)型系列多级离心鼓风机

C(La)系列为中压多级离心鼓风机，工作压力范围1.2-2.0个大气压，采用5-7级叶轮设计。该系列风机效率曲线平坦，适合稀土焙烧炉供风等需要稳定流量但压力要求不极高的场合。与D系列相比，C系列转速较低，维护更为简便，是稀土预处理工段的常用设备。

6.2 CF(La)与CJ(La)型浮选专用风机

浮选是稀土分离的关键工序，CF(La)和CJ(La)系列专门为浮选槽供气设计。CF系列采用罗茨式与离心式结合的原理，能够提供稳定的小流量高压气体，气泡分散度好，有利于稀土矿物的选择性附着。CJ系列则采用射流原理，将气体与药剂预混合后送入浮选槽，提高浮选效率。两个系列都考虑了药剂蒸汽对材质的腐蚀问题，关键部件采用不锈钢或衬塑处理。

6.3 AI(La)、S(La)与AII(La)型加压风机

AI(La)系列为单级悬臂结构，结构紧凑，适合空间受限的改造项目。S(La)系列采用单级高速设计，转速可达18000rpm，通过齿轮箱增速，适合大流量中压场合。AII(La)系列为单级双支撑结构，转子稳定性好，适合输送密度变化大的混合气体。这三个系列主要应用于稀土提纯的辅助工序，如尾气回收、保护气氛生成等。

第七章 工业气体输送的特殊技术要求

7.1 不同气体的特性与风机适配

氧气输送：必须确保绝对无油，采用不锈钢材质，所有密封为干气密封，轴承箱与气路完全隔离。运转前需要用四氯化碳彻底脱脂，防止油脂与高压氧接触引发爆炸。

氢气输送：考虑氢气的低密度特性，叶轮设计采用窄流道、高转速方案。密封系统必须绝对可靠，采用双端面机械密封配合氮气隔离。防爆等级达到ExdIICT4，电机和电气元件符合防爆要求。

腐蚀性气体（如含氟烟气）：与气体接触部分采用哈氏合金C276或衬聚四氟乙烯。轴承箱维持微负压，防止气体泄漏进入。停机时需要用氮气吹扫，防止湿气与腐蚀性气体结合产生酸液。

7.2 气体参数换算与选型修正

当输送气体与空气物性不同时，风机参数需要按相似定律进行修正。流量换算公式为：实际气体流量等于标准空气流量乘以气体密度比的平方根分之一。压力换算公式为：实际所需压力等于标准压力乘以气体密度比。功率换算公式为：实际功率等于标准功率乘以气体密度比。

例如，输送氢气（密度约为空气的1/14）时，要达到相同的体积流量，风机叶轮直径需要增大，转速提高；要达到相同的压力比，级数需要增加；实际功率会显著降低。这些换算必须在选型阶段充分考虑，确保风机在最佳效率区运行。

7.3 安全控制与保护系统

工业气体风机必须配备完善的安全系统：入口压力低报警和停机保护，防止风机抽空；出口压力高报警和泄放阀，防止系统超压；轴承温度高报警和停机；振动高报警和停机；润滑油压力低报警和停机。对于易燃易爆气体，还需增加气体泄漏检测和停机系统，确保安全生产。

第八章 未来技术发展趋势与应用展望

随着稀土提纯技术向绿色化、精细化方向发展，离心鼓风机技术也面临新的挑战和机遇。未来发展趋势包括：智能控制系统与工艺参数的深度耦合，实现风机参数随提纯工序自动优化；磁悬浮轴承技术的应用，消除机械摩擦，实现完全无油输送；三元流叶轮设计技术，进一步提高效率3-5个百分点；故障预测与健康管理(PHM)系统，实现预防性维护，减少非计划停机。

在镧及其他轻稀土元素需求持续增长的背景下，高效、可靠、智能的离心鼓风机将成为稀土冶炼企业的核心竞争力之一。通过不断优化风机设计、完善维护体系、提高自动化水平，我国稀土装备制造业将为稀土产业的可持续发展提供坚实的技术支撑。