轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机基础知识与应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈(Ce)提纯风机、AI(Ce)2319-1.58、离心鼓风机、风机配件、风机修理、工业气体输送

一、引言

在稀土矿物提纯工艺中，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。特别是针对轻稀土（铈组稀土）中的铈元素提纯，对风机的耐腐蚀性、压力稳定性、气体纯度保持能力以及连续运行可靠性提出了特殊要求。本文将围绕轻稀土铈提纯工艺中使用的离心鼓风机，以AI(Ce)2319-1.58型号为核心，系统阐述其技术原理、结构特点、配件系统及维护要点，并扩展介绍稀土提纯领域常用的各类风机型号及其在工业气体输送中的应用。

稀土提纯工艺主要包括浮选、萃取、分离等多个环节，每个环节对气体参数的要求各不相同。铈作为轻稀土中最具代表性的元素之一，其提纯过程通常涉及氧化、还原、分离等多道工序，需要风机在不同压力、流量和气体介质条件下稳定运行。为此，风机行业专门开发了针对稀土提纯的系列化产品，这些产品在材料选择、密封技术、轴承系统和气动设计方面都进行了特殊优化。

二、稀土提纯专用风机型号体系解析

针对轻稀土（特别是铈组稀土）提纯工艺的不同环节，风机厂家研发了多个专用系列，每个系列都有其特定的应用场景和技术特点。

2.1 C(Ce)型系列多级离心鼓风机

C(Ce)型系列多级离心鼓风机采用多级叶轮串联设计，每级叶轮都对气体进行加压，最终达到较高的出口压力。该系列风机适用于需要中等至高压力、中等流量的稀土提纯环节，如高压氧化反应釜的气体供应、高压分离塔的循环气体输送等。多级设计使得单机压比可达3-8，通过调整级数可以灵活满足不同工艺压力要求。其结构通常为水平剖分式，便于内部检查和维护，叶轮采用耐腐蚀合金材料，以应对工艺过程中可能出现的腐蚀性气体成分。

2.2 CF(Ce)与CJ(Ce)型系列专用浮选离心鼓风机

浮选是稀土矿物初步分离的重要工艺，CF(Ce)和CJ(Ce)型风机专门为此环节设计。这两种风机提供稳定、连续的气流，为浮选槽产生适当大小和分布的气泡，直接影响浮选效率和稀土矿物回收率。CF(Ce)型通常采用双支撑结构，运行平稳，振动小，适合大中型浮选生产线；CJ(Ce)型则在紧凑性和能效方面有进一步优化，适合空间有限的改造项目或中小型生产线。两者均注重气流的稳定性和调节的便捷性，通常配备变频调速装置，可根据浮选工艺要求实时调整气量。

2.3 D(Ce)型系列高速高压多级离心鼓风机

D(Ce)型风机是为满足更高压力需求而设计的高速风机。采用齿轮箱增速，使叶轮转速可达每分钟数万转，从而在较少级数下实现高压比输出（可达10以上）。这种风机适用于需要超高压力气体的稀土萃取或高压反应工艺。其关键技术在于高速转子动力学设计、精密齿轮传动系统和高效冷却润滑系统。由于转速极高，对动平衡精度、轴承性能和密封可靠性的要求也更为严苛。

2.4 AI(Ce)型系列单级悬臂加压风机

AI(Ce)系列是本文重点介绍的型号所在系列，采用单级叶轮和悬臂式转子设计。这种结构简洁紧凑，维护方便，适用于中等压力、大流量的应用场景。悬臂设计取消了进气侧的轴承支撑，简化了密封结构，减少了潜在泄漏点，特别适合对气体纯度要求较高的提纯环节。该系列风机通常采用后弯式叶轮，效率较高，工作范围较宽，能够适应工艺参数的波动。

2.5 S(Ce)型系列单级高速双支撑加压风机

S(Ce)型风机同样采用单级叶轮，但转子为双支撑结构，运行更加平稳，适用于更高转速和压力的工况。双支撑设计提高了转子刚性，减小了轴挠度，有利于保持叶轮与机壳之间的间隙稳定，从而保持效率稳定。该系列风机常与增速齿轮箱集成，形成高速机组，用于替代部分多级风机，具有结构紧凑、效率高、调节性能好的优点。

2.6 AII(Ce)型系列单级双支撑加压风机

AII(Ce)型风机是在AI型基础上发展而来的双支撑版本，兼顾了结构刚性和维护便利性。与S型相比，AII型通常不追求极高转速，而是强调可靠性和适应性，适用于工况较为复杂、气体成分可能变化的稀土提纯过程。其轴承系统更为坚固，能够承受一定的轴向和径向复合载荷，对进口气流条件不敏感，抗扰动能力强。

三、AI(Ce)2319-1.58型风机深度解析

3.1 型号含义与基本参数

型号“AI(Ce)2319-1.58”的完整解读如下：

“AI”表示AI系列单级悬臂加压风机。

“(Ce)”表示该风机专为铈等轻稀土提纯工艺优化设计，在材料选择、防腐处理、密封配置等方面有特殊考量。

“2319”表示设计工况下的体积流量为每分钟2319立方米（需注意，流量通常指标准状态或进口状态下的值，具体需参考性能曲线）。

“-1.58”表示风机出口绝对压力为1.58个大气压（即表压约为0.58公斤力每平方厘米）。根据约定，若型号中没有“/”符号，则表示风机进口压力为标准大气压（1个大气压）。因此，该风机的压升为0.58个大气压。

该型号风机主要用于铈提纯工艺中的气体循环、反应器鼓风或物料输送等环节，其流量和压力参数与特定的跳汰机、反应塔或输送系统相匹配。

3.2 结构特点与技术优势

气动设计：AI(Ce)2319-1.58采用经过CFD优化设计的后弯式单级叶轮。叶轮型线光滑流畅，旨在高效地将机械能转化为气体压力能和动能，同时保证宽广的稳定工作区，防止喘振发生。蜗壳设计注重效率与噪音的平衡，采用渐扩形流道，使气体动能平稳地转化为压力能。

转子系统：作为悬臂式风机，其转子由主轴和叶轮组成，叶轮安装在主轴的一端，另一端由轴承箱支撑。这种布局的最大优点是进气侧无轴承和密封，气流无阻碍，且减少了可能的气体泄漏点。主轴经过调质处理，具有高强度和高韧性，临界转速远高于工作转速，确保转子在远离共振区的安全范围内运行。叶轮与主轴采用过盈配合加键连接，并通过液压方式装配，确保连接可靠。

密封系统：这是稀土提纯风机的关键。AI(Ce)2319-1.58采用了多重密封组合。

气封：在叶轮轮盖处设置迷宫密封，利用多次节流膨胀原理，有效减少高压气体向低压区的泄漏。迷宫齿片采用耐磨损材料，间隙经过精密控制。

碳环密封：在轴端可能接触工艺气体或外部空气的位置，采用碳环密封。碳环材料具有自润滑性，能紧密贴合轴颈，即使在微变形下也能保持良好的密封效果，且对轴的磨损极小。对于输送氢气等小分子气体或要求零泄漏的工况，碳环密封是优选方案。

油封：在轴承箱两端，采用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。根据工作温度和环境，选择合适的橡胶或聚四氟乙烯材料。

轴承与润滑系统：该型号风机采用轴瓦（滑动轴承）作为主支撑。与滚动轴承相比，滑动轴承承载面积大、阻尼特性好、运行平稳、噪音低，尤其适合中高速旋转机械。轴瓦通常采用巴氏合金衬层，具有良好的嵌入性和顺应性。轴承箱设计有充分的储油空间和油路，润滑油通过强制循环或飞溅方式对轴瓦进行润滑和冷却。配备油温、油压监测仪表，确保轴承始终处于良好工作状态。

材料选择：针对铈提纯工艺中可能遇到的腐蚀性介质（如酸性气体、卤化物等），风机过流部件（叶轮、蜗壳、进气箱）采用不锈钢（如304、316L）或双相钢制造。对于关键部件，表面可能进行特殊的涂层处理（如陶瓷涂层、聚合物涂层），以增强耐蚀性和耐磨性。

3.3 性能曲线与选型要点

AI(Ce)2319-1.58的性能通常用压力-流量曲线、效率-流量曲线和功率-流量曲线来表示。其最佳效率点（BEP）设计在流量2319立方米每分钟附近。选型时，必须根据实际的工艺管网阻力曲线，确保风机的工作点落在稳定运行区内（通常建议在80%-110%最佳效率点流量范围内），并尽量靠近高效区。对于稀土提纯工艺，还需特别考虑气体密度变化（因成分、温度、压力变化引起）对风机性能的影响，必要时需进行换算。与跳汰机等设备配套时，需明确跳汰机所需的气量、压力脉动要求，以及风机启停和调节方式（进口导叶、变频调速等）。

四、风机核心配件详解

离心鼓风机的可靠运行离不开高质量的配件。以下是AI(Ce)系列及类似风机关键配件的说明：

风机主轴：作为转子的核心，承受转矩、弯矩和复合应力。材料通常为高强度合金钢（如42CrMo），经过锻造、粗加工、调质处理、精加工、动平衡等工序。其机械性能、形位公差（特别是轴承档和叶轮安装位的同心度、圆柱度）和表面光洁度要求极高。主轴设计必须保证足够的刚度，使一阶临界转速高于最大工作转速的125%以上。

风机轴瓦（滑动轴承）：由上瓦、下瓦、轴承盖和轴承座组成。瓦衬材料巴氏合金（锡锑铜合金）通过浇铸方式与瓦基结合。瓦面开有油沟，确保形成稳定的润滑油膜。轴瓦间隙（顶隙、侧隙）是关键技术参数，需根据轴径、转速、载荷和润滑油特性精确计算和调整。运行中，润滑油膜将轴颈托起，实现纯液体摩擦。

风机转子总成：指包括主轴、叶轮、平衡盘（如有）、联轴器部件等在内的旋转组件总称。其核心是高速动平衡，要求在ISO G1.0或更高精度等级下进行双面或多面动平衡校正，确保残余不平衡量极小，从而降低振动和噪音，延长轴承寿命。转子总成在出厂前需进行超速试验（如超过最高工作转速的115%），验证其结构完整性。

气封（迷宫密封）：由密封体和镶嵌在其中的一系列薄齿片组成。齿片与轴（或密封套）形成微小间隙。气体每通过一个齿隙和空腔，压力就降低一次，从而大幅减少泄漏量。间隙大小是关键，太小可能碰磨，太大会增加泄漏。通常采用可调式设计或选择软质齿片材料（如铝），防止意外碰磨时损坏主轴。

碳环密封：由多个碳环组成的密封组，每个环在弹簧力作用下与轴保持贴合。碳环截面通常为L形或矩形。其密封效果极佳，几乎为零泄漏，但摩擦发热较大，需要良好的冷却。常用于输送昂贵、有毒或易燃易爆气体的场合。

轴承箱：容纳轴瓦和润滑油的箱体。它不仅是支撑结构，还是润滑油路的核心。轴承箱必须有足够的刚性，防止变形影响轴瓦间隙；内部油路设计要确保润滑油能顺畅到达各润滑点并顺利回油；通常集成冷却水腔或冷却盘管，以带走轴承产生的热量。油位计、测温孔、透气帽等都是其重要附件。

五、风机常见故障与修理维护

离心鼓风机的修理维护是保障稀土提纯生产线连续稳定运行的关键。

5.1 定期维护内容

日常巡检：检查振动、噪音、轴承温度、油位、油压、冷却水情况，以及是否有泄漏。

月度/季度维护：检查联轴器对中情况，紧固地脚螺栓，清洗或更换润滑油滤网，检查密封情况。

年度大修：全面拆检，检查叶轮磨损腐蚀情况，测量轴瓦间隙和磨损量，检查迷宫密封间隙，检查主轴直线度和表面状况，检查蜗壳内部有无积垢或腐蚀，更换所有密封件和易损件，重新进行动平衡和對中校正。

5.2 常见故障诊断与处理

振动超标：最常见故障。可能原因包括：转子不平衡（需重新动平衡）、对中不良（重新对中）、轴承磨损（更换轴瓦或调整间隙）、基础松动（紧固）、喘振（调整工况点或检查进口过滤器是否堵塞）、轴弯曲（校直或更换）。

轴承温度过高：可能原因：润滑油不足或变质（加油或换油）、润滑油冷却不良（检查冷却水系统）、轴承间隙不合适（调整）、载荷过大（检查工艺系统）或轴瓦接触不良（刮研）。

风量或压力不足：可能原因：进口过滤器堵塞、密封间隙过大导致内泄漏严重、转速下降（检查电机和变频器）、叶轮磨损或腐蚀严重（修复或更换）、管网阻力增加（检查阀门和管路）。

异常噪音：区分是机械噪音（轴承损坏、碰磨）还是气动噪音（喘振、涡流）。喘振是危险工况，表现为气流周期性振荡、噪音剧烈、参数大幅波动，应立即开大出口阀或减小转速，使工况点脱离喘振区。

5.3 修理关键技术

轴瓦刮研：修复滑动轴承的重要手艺。通过显示剂检查轴瓦与轴颈的接触点，用刮刀修刮高点，使接触面积达到75%以上且均匀分布，同时保证合适的间隙。

动平衡校正：在现场或平衡机上，通过试重法测出不平衡量和相位，在叶轮或平衡盘上通过加重（焊接配重块）或去重（钻孔）方式进行校正。

密封更换与调整：更换迷宫密封齿片或碳环时，需精确测量和调整间隙。迷宫密封径向间隙一般为轴径的千分之二到千分之三。碳环密封需检查环的磨损和弹簧弹力。

六、工业气体输送风机的特殊考量

在稀土提纯工艺中，风机输送的介质除空气外，还可能涉及多种工业气体，这对风机设计和操作提出了特殊要求。

输送气体分类及要求：

惰性气体（氮气N₂、氩气Ar、氦气He、氖气Ne）：化学性质稳定，主要考虑风机的密封性，防止空气混入影响气体纯度，或贵重气体泄漏造成损失。对密封系统要求极高，常采用碳环密封或干气密封。

助燃/氧化性气体（氧气O₂）：极强的氧化性，要求风机所有与气体接触的部件彻底除油、脱脂，采用不产生火花的材料（如铜合金工具），润滑系统必须与气体完全隔离，密封绝对可靠。通常使用无油润滑螺杆机或特殊设计的离心机。

易燃易爆气体（氢气H₂）：密度小、易泄漏、爆炸极限宽。风机设计需防静电、防漏、防爆。叶轮需采用防爆电机驱动，轴承箱等可能产生火花的部件与气路隔离，壳体设置防爆口，电气部分采用防爆等级。氢气输送还需特别注意由于气体密度低导致的功耗降低和喘振点左移。

工艺过程气体（工业烟气、二氧化碳CO₂、混合无毒工业气体）：成分可能复杂，含有腐蚀性、磨损性成分或易凝结成分。需根据具体成分分析选择耐腐蚀材料（如不锈钢、镍基合金、涂层），设计加热夹套防止凝结，或定期冲洗功能。

共性设计原则：

材料兼容性：过流部件材料必须与输送气体不发生化学反应，耐腐蚀。

密封可靠性：根据气体特性（毒性、贵重性、危险性）选择相应的密封形式和等级，从迷宫密封、填料密封到机械密封、干气密封等。

安全防护：针对气体的易燃、易爆、有毒、高压等特性，设置相应的安全阀、爆破片、泄漏检测、氮气吹扫、消防和通风系统。

性能换算：风机样本性能曲线通常基于标准空气。输送不同气体时，密度、绝热指数不同，风机的压力、功率、流量关系将发生变化，必须按照相似定律进行严谨的换算，公式为：压力比和流量比与密度比相关，功率比与密度比成正比。具体选型时需向制造商提供准确的气体成分和工况条件。

七、总结

轻稀土（铈组稀土）铈(Ce)的提纯是一个精密的化学工程过程，其中离心鼓风机作为“气动心脏”，其性能与可靠性直接关系到产品质量、生产效率和运行成本。AI(Ce)2319-1.58型风机作为单级悬臂加压风机的代表，以其紧凑的结构、良好的密封性和适用的压力流量范围，在铈提纯的特定环节中发挥着稳定作用。深入理解其型号含义、结构原理、配件系统和维护要点，是风机技术工作者保障设备高效运行的基础。

同时，必须认识到，稀土提纯工艺链的复杂性决定了需要C、CF、CJ、D、AI、S、AII等多种系列风机协同工作。针对不同工业气体的输送，更需在材料、密封、安全设计上精益求精。作为风机技术人员，我们应不断学习，将风机的通用原理与稀土提纯的特殊工艺要求紧密结合，通过科学的选型、精细的安装、规范的维护和精准的修理，为稀土这一战略资源的高效、绿色提纯提供坚实的设备保障。

在未来的发展中，随着稀土提纯工艺的进步和对能耗、环保要求的提高，风机技术也将朝着更高效率、更高可靠性、更智能调控和更适应特种介质的方向持续演进。