轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机基础知识与应用详解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈(Ce)、离心鼓风机、AI(Ce)171-2.90、风机配件、风机修理、工业气体输送、轴瓦、碳环密封

引言：离心鼓风机在稀土提纯中的关键角色

在轻稀土（铈组稀土）的湿法冶金提纯工艺中，特别是针对铈(Ce)的萃取、分离、氧化还原及废水处理等关键环节，稳定、可靠的气体输送与加压设备至关重要。离心鼓风机作为提供气动源的核心动力设备，其性能直接影响到生产线的连续性、产品质量与能耗经济性。本文将深入剖析适用于铈(Ce)提纯工艺的专用离心鼓风机技术，以AI(Ce)171-2.90型号为核心示例，系统阐述其技术内涵、配件构成、维护修理要点，并概述输送各类工业气体的风机选型考量。

第一章：稀土提纯专用离心鼓风机系列概览

针对稀土提纯工艺中不同压力、流量及介质特性的要求，风机技术发展出了多个专用系列，形成了完整的产品谱系。各系列风机在设计上充分考虑了稀土生产工艺中的腐蚀性介质、连续运行及精密控制需求。

“C(Ce)”型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联结构，通过逐级增压，适用于中高压力、中大流量的工艺环节，如大规模料液的鼓风氧化或车间整体气源供应。

“CF(Ce)”与“CJ(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机：专为稀土浮选工艺优化设计，特别注重气流稳定性与微气泡发生特性。CF系列可能侧重于常规浮选，而CJ系列可能在抗药剂腐蚀或变频调节响应上有所强化。

“D(Ce)”型系列高速高压多级离心鼓风机：通常集成高速齿轮箱或采用直驱高速电机，转速极高，单级压比大，结构紧凑，适用于对出口压力要求特别苛刻的提纯反应过程。

“AI(Ce)”型系列单级悬臂加压风机：本文重点型号所属系列。采用单级叶轮、悬臂式转子设计，结构相对简单，维护方便，广泛应用于中等压力、中等流量的场景，如单台反应釜的曝气、搅拌或气体循环。其型号编码规则清晰：以AI(Ce)171-2.90为例，“AI”指系列，“Ce”指适用于铈等轻稀土工艺，“171”表示设计点流量约为每分钟171立方米，“-2.90”表示出口绝对压力为2.90个大气压（即表压约1.90公斤力/平方厘米）。若未标注进口压力，默认为标准大气压。

“S(Ce)”型系列单级高速双支撑加压风机：叶轮两端均有轴承支撑的刚性转子结构，运行稳定性极高，适用于高转速、要求振动等级极低的精密工艺。

“AII(Ce)”型系列单级双支撑加压风机：同样是双支撑结构，但可能设计转速或应用压力区间与S系列有所区别，侧重于更广泛的稳定运行工况。

这些风机可安全输送的气体包括：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)以及各类混合无毒工业气体。选型时必须严格根据气体成分（尤其是腐蚀性、毒性、爆炸性）进行材质密封与结构适配。

第二章：核心机型详解:AI(Ce)171-2.90单级悬臂加压风机

AI(Ce)171-2.90是铈提纯生产线中一款极具代表性的通用加压设备。下面对其进行全方位解读：

设计定位与工艺角色：该风机流量适中（171立方米/分钟），能提供约1.90公斤力/平方厘米的表压压力，非常适合用于单个或一组中型萃取槽、沉淀罐的气体鼓入，或者作为氧化铈生产中的空气供给源。其压力足以克服管道阻力与液位静压，确保气体有效分散。

性能曲线与运行点：风机的性能通常由流量-压力曲线、流量-功率曲线、流量-效率曲线共同描述。对于AI(Ce)171-2.90，其额定工作点（171立方米/分钟， 2.90绝对大气压）应位于风机最高效率区间附近。用户需确保工艺系统阻力曲线与该风机的压力-流量曲线相交于理想区域，以实现高效节能运行。避免在远离设计点的“小流量”或“大流量”区域长期运行，前者可能导致喘振，后者可能导致电机过载。

结构特点：

悬臂式转子：叶轮安装在主轴的一端，主轴另一端由轴承箱支撑。这种结构使得进气口可以设计成轴向直通式，流道顺畅，且便于叶轮的检查与拆装，无需拆卸进气管道和壳体。

蜗壳与扩压器：机壳采用蜗壳形流道收集从叶轮出来的气体，并将动能有效地转化为压力能。内部可能设有固定扩压器，进一步降低气体流速，提高静压恢复。

驱动方式：通常通过弹性联轴器与标准异步电机或变频电机直联。采用变频驱动可实现对流量和压力的无极调节，更好地适应工艺波动。

第三章：风机核心配件与功能解析

离心鼓风机的可靠运行依赖于一系列精密配件的协同工作。以AI(Ce)171-2.90为例，关键配件包括：

风机主轴：作为传递扭矩、支撑旋转部件的核心零件，要求极高的强度、刚性和动平衡精度。通常采用高强度合金钢锻造，经调质热处理，与轴承、叶轮配合的轴颈部位需要精磨至镜面，确保尺寸精度和形位公差。

风机轴承与轴瓦：对于中大型离心鼓风机，滑动轴承（轴瓦）应用广泛。轴瓦通常为剖分式，内衬巴氏合金等耐磨减摩材料。其工作原理是依靠主轴旋转形成的油楔动压效应，将轴颈托起，实现液体摩擦，具有承载能力强、阻尼特性好、运行平稳的优点。维护中需密切关注轴瓦间隙、巴氏合金层状态及供油情况。

风机转子总成：这是风机做功的核心部件，包括主轴、叶轮、平衡盘（如有）、联轴器半体等所有旋转零件的组合体。组装后必须进行高精度动平衡校正，以将残余不平衡量控制在标准许可范围内，这是保证低振动运行的前提。对于AI(Ce)171-2.90，其转子总成的动平衡等级通常要求达到G2.5或更高。

密封系统：

气封（级间密封与轴端密封）：在风机内部，用于减少气体从高压侧向低压侧的泄漏。常见形式为迷宫密封，利用一系列节流齿隙形成流动阻力。

油封：安装在轴承箱端盖处，防止润滑油外泄。常用形式有骨架油封、甩油环配合气封等。

碳环密封：在输送特殊气体（如氢气、氧气）或要求零泄漏的场合，碳环密封是高端选择。它由一组精密的碳环组成，在弹簧力作用下紧贴轴套端面，实现接触式密封。其密封效果极佳，但摩擦功耗相对较高，对轴套表面质量和冷却要求严格。

轴承箱：承载主轴轴承（或轴瓦）的组件，内部构成润滑油路，设有油位计、测温点、冷却水腔（如需）。其结构刚性和对中性直接影响轴的运行稳定性。

第四章：风机常见故障与修理要点

风机在长期服务于铈提纯等连续性生产中，可能出现故障，及时准确的修理是保障生产的关键。

振动超标：

原因：转子不平衡（叶轮结垢、磨损不均、部件松动）、对中不良、轴承（轴瓦）磨损、基础松动、喘振等。

修理：首先进行振动频谱分析定位故障源。若为动平衡失效，需拆出转子总成在动平衡机上校正。检查并重新调整电机与风机的同心度。检查轴瓦间隙，若超过允许值（通常为轴颈直径的千分之1.2至1.5），需刮研或更换新瓦。

轴承温度过高：

原因：润滑油量不足或变质、冷却不良、轴承（轴瓦）间隙过小、负载过大、对中不良。

修理：检查油位、油质，必要时换油。清理冷却器，保证冷却水畅通。复核轴瓦间隙。检查系统阻力，确保无过载运行。

风量或压力不足：

原因：进口过滤器堵塞、密封间隙（尤其是叶轮口环、级间迷宫密封）磨损过大导致内泄漏严重、转速下降、管路泄漏。

修理：清洗或更换滤芯。停机测量关键密封间隙，超标则更换密封件。检查电机频率或皮带传动效率。排查管道系统。

异响：

原因：轴承损坏、转子与静止件摩擦（如由振动引起）、喘振产生的周期性吼叫声。

修理：立即停机检查，避免事故扩大。针对喘振，需通过调整出口阀门或变频器，使运行点远离喘振边界线。

修理通用流程：1) 停机、断电、挂牌上锁；2) 拆除相关管路与联轴器护罩；3) 测量对中数据并记录；4) 拆卸轴承箱上盖，检查轴瓦；5) 吊出转子总成；6) 检查所有叶轮、密封、主轴状况；7) 更换或修复损坏件；8) 回装，严格保证各部件装配间隙；9) 重新对中；10) 单试电机转向后，联动试车，监测振动、温度、电流。

第五章：输送各类工业气体的特别考量

稀土提纯工艺中可能涉及多种工艺气体，风机选材与设计需相应调整。

空气：最常用介质。常规碳钢材质即可，注意进气过滤。AI(Ce)171-2.90标定输送空气即属此类。

氧气(O₂)：强氧化性，忌油。风机所有流通部件需采用不锈钢等耐氧化材料，轴承箱需采用特殊密封严防润滑油渗入气腔，进行严格的脱脂清洗。通常选用无油润滑螺杆机或特殊设计的离心机。

氢气(H₂)、氦气(He)：密度小、渗透性强。要求风机具有极高的密封性能，碳环密封或干气密封几乎是必选。结构设计需防止氢气积聚，电机需防爆。计算时，由于气体密度低，相同工况下所需功率较空气小，但压比可能变化。

二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、惰性气体：一般性质稳定。但若CO₂含有水分可能形成碳酸，需考虑防腐蚀材质（如不锈钢或涂层）。惰性气体需注意纯度保持，密封要求高。

工业烟气：成分复杂，可能含腐蚀性成分（如SOx, NOx）及颗粒物。风机需选用耐蚀合金（如双相不锈钢），进气端设高效洗涤或过滤装置，叶轮型线需考虑一定的抗磨损设计。

共性计算原则：当输送气体不同于空气时，风机性能将发生显著变化。必须进行相似换算。核心公式遵循：体积流量相同时，压力比与气体绝热指数相关，而轴功率与气体密度成正比。例如，输送密度小于空气的氢气，在相同转速和体积流量下，风机产生的压头（以米液柱计）理论相同，但压力（以帕斯卡计）和所需轴功率会按密度比例减小。因此，选型时必须提供准确的气体成分、温度、进口压力，由专业人员进行性能换算与选型。

结语

离心鼓风机，作为轻稀土（铈组稀土）铈(Ce)提纯工业的“肺部”，其稳定高效运行是生产效益的基石。从通用型号如AI(Ce)171-2.90的深入理解，到关键配件如主轴、轴瓦、碳环密封的精细维护，再到针对不同工业气体的特殊设计考量，构成了风机技术服务的完整链条。作为技术人员，我们不仅需要掌握设备的结构与原理，更应精通其维护修理技能，并能根据工艺介质的特性做出正确的选型与适配，从而为稀土这一战略资源的高效、绿色提炼提供坚实可靠的动力保障。