轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机：AI(Ce)2972-2.41型离心鼓风机技术解析与应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈组稀土、离心鼓风机、AI(Ce)2972-2.41、风机配件、风机修理、工业气体输送、稀土冶炼专用设备

一、轻稀土提纯工艺与离心鼓风机概述

在稀土矿物加工领域，轻稀土（铈组稀土）的提纯是关键技术环节，其中铈（Ce）作为轻稀土家族的重要成员，其提纯过程对工艺装备提出了特殊要求。离心鼓风机作为提供气源动力的核心设备，在稀土矿的浮选、跳汰、萃取、焙烧等工序中发挥着不可替代的作用。稀土提纯工艺通常需要精确控制气体压力、流量和纯净度，这就要求配套风机必须具备高稳定性、强耐腐蚀性和可调节性。

针对轻稀土提纯的特殊工况，行业内开发了多个专用风机系列，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、AII(Ce)型系列单级双支撑加压风机等。这些风机可根据工艺需求输送多种气体介质，如空气、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)及混合无毒工业气体。

本文将重点围绕AI(Ce)系列中的代表性型号:AI(Ce)2972-2.41型单级悬臂加压风机，深入解析其技术特性、配件组成、维护修理要点，并探讨其在工业气体输送中的应用。

二、AI(Ce)2972-2.41型风机技术规格解析

2.1 型号命名规则与含义

根据行业标准，离心鼓风机的型号包含系列代号、流量参数和压力参数三个主要部分。以“AI(Ce)2972-2.41”为例：

“AI”代表风机系列：AI系列单级悬臂加压风机。悬臂式结构意味着叶轮安装在主轴的一端，另一端由轴承支撑，这种结构紧凑，适用于中等流量和压力场合。

“(Ce)”表示风机专为铈组稀土提纯工艺优化设计，在材料选择、密封形式和防腐处理上针对稀土冶炼环境进行了特殊配置。

“2972”表示风机设计流量为每分钟2972立方米。这是风机在标准进气条件下的容积流量，实际运行中会根据系统阻力和介质特性有所变化。

“-2.41”表示风机出风口压力为2.41个大气压（表压）。此处没有“/”符号，表明进风口压力为标准大气压（1个大气压）。若型号中出现“/”，如“1.2/2.41”，则表示进风口压力为1.2个大气压。

2.2 设计与性能特点

AI(Ce)2972-2.41型风机是针对轻稀土提纯过程中跳汰、浮选等工序的气源需求而设计的。其单级悬臂结构减少了轴向尺寸，便于在空间受限的稀土冶炼车间安装布置。该风机通常采用后弯式叶轮设计，效率较高，性能曲线相对平坦，能在一定工况波动范围内保持稳定运行。

在设计上，该型号风机重点关注以下几点：

材料适应性：接触气体部分根据输送介质的不同选用相应材料。对于可能含有腐蚀性成分的工业烟气或化学气体，过流部件采用不锈钢或特殊合金；对于纯净空气或惰性气体，可采用优质碳钢并辅以防腐涂层。

密封可靠性：稀土提纯过程对气体纯净度有要求，且防止工艺气体外泄或空气渗入都至关重要，因此密封系统设计尤为关键。

调节性能：稀土提纯工艺参数可能需调整，风机应支持出口导叶调节、变频调速等方式，以实现流量和压力的精确控制。

三、风机核心配件详解

3.1 风机主轴

主轴是离心鼓风机的核心传动部件，承载着将电机扭矩传递给叶轮的功能。AI(Ce)系列风机主轴通常采用高强度合金钢（如42CrMo）整体锻造，经调质热处理获得良好的综合机械性能。主轴设计需进行严格的临界转速计算，确保工作转速远离一阶和二阶临界转速，避免共振。对于悬臂结构，主轴悬伸端的刚度计算尤为重要，需保证在最大载荷下挠度在允许范围内，防止与静止部件碰擦。

3.2 风机轴承与轴瓦

AI(Ce)系列风机常采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，主要因为滑动轴承承载能力大、阻尼性能好、运行平稳，更适合高速重载场合。轴瓦通常为剖分式结构，内衬巴氏合金。巴氏合金具有良好的嵌入性和顺应性，能在少量异物进入时保护轴颈。轴承润滑多采用强制油润滑系统，确保油膜稳定形成。安装时需严格控制轴承间隙，通常主轴直径与轴承内径之差（顶隙）控制在主轴直径的千分之一点五到千分之二之间。

3.3 风机转子总成

转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘（如有）、联轴器等旋转部件的组合体。叶轮是气体获得能量的关键部件，AI(Ce)系列叶轮多为焊接或铆接结构，叶片型线经过空气动力学优化。转子组装后必须进行动平衡校正，平衡精度等级通常要求达到G2.5级（ISO1940标准），高速风机可能要求更高。不平衡残余量根据公式“允许不平衡量等于平衡精度等级乘以转子质量再除以工作角速度”计算确定。

3.4 气封与碳环密封

为防止气体在机壳内从高压区向低压区泄漏，或防止外部空气吸入，风机设有级间密封和轴端密封。对于AI(Ce)系列，碳环密封是常见选择。碳环密封由多个碳石墨环组成，依靠弹簧力抱紧主轴，形成动密封。碳材料具有自润滑性，即使与轴发生轻微接触也不易损伤轴颈。密封气系统通常向碳环注入洁净气体（如氮气），形成气障，进一步阻止工艺气体外泄。

3.5 油封与轴承箱

轴承箱油封主要用于防止润滑油泄漏和外部污染物进入。常用油封形式包括迷宫密封、骨架油封或浮动环密封。迷宫密封为非接触式，可靠性高但有一定泄漏；骨架油封结构简单但寿命相对较短；浮动环密封效果较好但结构复杂。选择时需综合考虑介质特性、轴速和成本。轴承箱本身作为轴承的支撑和润滑油容器，其结构刚度、散热设计也直接影响轴承寿命。

四、风机维护与修理要点

4.1 日常维护

振动监测：定期测量风机轴承座各方向的振动速度有效值，建议每班记录。振动值突然增大往往是故障前兆，可能原因包括转子不平衡、轴承磨损、对中不良等。

温度监控：轴承温度应稳定在65℃以下，温升不超过40℃。温度异常升高可能指示润滑不良、轴承损坏或冷却系统故障。

润滑系统检查：确保润滑油油位正常，油质清洁。定期取样化验，监测粘度变化、水分含量和金属磨粒。强制润滑系统需检查油泵压力、过滤器压差。

密封系统检查：监测密封气压力是否稳定，检查碳环密封的泄漏情况。轻微泄漏是允许的，但若泄漏量突然增加，应停机检查密封环磨损情况。

4.2 常见故障与修理

振动超标：

原因分析：可能为转子积垢导致不平衡、叶轮磨损不均、轴承间隙增大、基础松动或对中变化。

修理方法：清洁转子并重新平衡；检查并更换磨损叶轮；调整或更换轴承；紧固地脚螺栓；重新校正风机与电机对中。对中要求径向偏差不超过0.05mm，角度偏差不超过0.05mm/m。

轴承温度高：

原因分析：润滑油不足或变质、冷却不良、轴承负载过大（可能由对中不良引起）、轴承本身损坏。

修理方法：补充或更换润滑油；清理冷却器；检查并重新对中；拆卸检查轴承，若巴氏合金层出现剥落、裂纹或严重磨损，需重新浇铸或更换轴瓦。

风量风压不足：

原因分析：进口过滤器堵塞、叶轮腐蚀或磨损严重、密封间隙过大导致内泄漏增加、转速下降（如皮带打滑）。

修理方法：清洗或更换过滤器；修复或更换叶轮；调整密封间隙至设计值（通常为叶轮直径的千分之二到千分之三）；检查并调整传动部件。

异常噪音：

原因分析：轴承损坏会产生连续或间歇的敲击声；旋转部件与静止部件摩擦会产生高频刮擦声；喘振会产生低频轰鸣声。

修理方法：根据声音特征判断故障部位，停机检查。特别注意喘振是离心风机的危险工况，应立即开大出口阀或降低转速，使工作点远离喘振区。

4.3 大修周期与内容

AI(Ce)系列风机建议每运行24000-30000小时或每3-4年进行一次全面大修，具体周期需根据实际运行条件和状态监测结果调整。大修基本内容包括：

完全解体风机，对所有部件进行清洗检查。

测量主轴直线度、叶轮口环及轴颈尺寸，评估磨损情况。

检查机壳有无裂纹或腐蚀，必要时进行无损检测。

更换所有密封件、轴承及易损件。

转子重新做动平衡，平衡精度需达到出厂要求。

重新组装并调整各部间隙，进行空载试车和带载试车。

五、工业气体输送应用与选型考量

5.1 不同气体介质的特性与风机适应性

AI(Ce)系列风机设计时已考虑多种工业气体的输送需求，但具体应用时仍需注意：

空气：最常用介质。注意进气过滤，防止粉尘磨损叶轮和堵塞流道。

工业烟气：通常具有腐蚀性（含硫、氯等）和磨蚀性（含尘）。需选用耐腐蚀材料（如316L不锈钢），并可能需前置除尘、降温装置。

二氧化碳(CO₂)：密度大于空气，相同工况下风机所需功率稍大。注意CO₂遇水可能形成碳酸，对碳钢有腐蚀，湿度大时需考虑防腐。

氮气(N₂)、氩气(Ar)：惰性气体，化学性质稳定。主要关注密封性，防止气体外泄浪费或空气渗入影响纯度。

氧气(O₂)：强氧化剂，禁忌油脂。风机所有接触氧气的部件必须彻底脱脂，采用铜基或不锈钢材料，防止摩擦火花。

氢气(H₂)：密度小，泄漏倾向大，易爆炸。对密封性要求极高，通常采用干气密封或串联式碳环密封。电机和电气需防爆。

氦气(He)、氖气(Ne)：稀有气体，价值高。首要考虑密封可靠性以减少损失。

5.2 选型计算要点

为特定工艺选择风机型号时，除流量和压力外，还需综合计算：

气体密度修正：风机样本参数通常基于标准空气（1.2kg/m³）。输送其他气体时，需按“实际功率等于标准功率乘以实际气体密度与空气密度的比值”进行换算。压力参数也需换算：风机产生的压头与介质密度成正比，但出口压力表显示值需根据介质密度重新核算。

压缩性影响：当压比大于1.02（即出口绝对压力与进口绝对压力之比）时，气体可压缩性影响显著，需按压缩流体公式校核性能。

系统阻力计算：准确计算管网阻力是选型基础。阻力包括沿程摩擦阻力和局部阻力（阀门、弯头、变径等），需留有一定余量（通常10-15%）。

工况调节需求：若工艺要求流量调节范围大，需评估变频调速、入口导叶调节或出口节流等不同方式的适用性和经济性。

5.3 特殊工艺要求

在轻稀土提纯的特定工序中：

跳汰机配套：要求气流均匀、脉冲可调。风机可能需与专用阀门或控制系统配合，产生符合跳汰曲线要求的气流。

浮选工艺：需稳定、可调的气源以产生适宜大小的气泡。风机压力需克服浆液静压头和管路损失，流量需满足单位矿浆体积所需气量。

焙烧或干燥：若输送热气体，需考虑风机材料的耐温性，轴承和密封的冷却措施，以及热膨胀对间隙的影响。

六、总结与展望

AI(Ce)2972-2.41型单级悬臂加压风机作为轻稀土铈提纯工艺中的关键气源设备，其可靠运行直接关系到生产效率和产品质量。深入理解其型号含义、结构特点、配件功能和维护要求，是风机技术人员必备的专业素养。随着稀土材料在高新技术产业中的应用日益广泛，对提纯工艺的效率和环保要求不断提升，未来离心鼓风机将向更高效率、更智能调控、更长寿命和更环保材料的方向发展。风机技术人员需不断更新知识，掌握状态监测与故障预测等先进技术，为稀土工业的可持续发展提供坚实的设备保障。