轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机：AI(Ce)1859-2.68型号详解与风机技术全解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：稀土矿提纯、离心鼓风机、铈(Ce)提纯、AI(Ce)1859-2.68、风机配件、风机修理、工业气体输送、轴瓦、碳环密封

一、轻稀土提纯与离心鼓风机技术概述

在稀土工业领域，轻稀土（铈组稀土）的提纯分离是产业链中至关重要的环节。铈(Ce)作为轻稀土家族中的主要成员，其提纯工艺对气体输送设备有着特殊而严格的要求。离心鼓风机作为提供气动力的核心装备，在稀土矿的浮选、萃取、分离和提纯全流程中扮演着不可替代的角色。

稀土矿提纯工艺通常包括破碎、磨矿、浮选、焙烧、酸浸、萃取分离等多个步骤，其中多个环节需要鼓风机提供稳定、可控的气体介质。这些气体可能是空气、惰性气体或特定工艺气体，用于物料输送、搅拌、氧化还原反应或保护气氛的建立。离心鼓风机以其结构紧凑、运行平稳、效率较高、调节性能好等优势，成为稀土提纯工艺中的首选气源设备。

根据不同的工艺条件和气体介质，稀土行业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以及“AII(Ce)”型系列单级双支撑加压风机。这些专用风机针对稀土提纯工艺中不同压力、流量和介质条件进行了优化设计，确保了工艺系统的稳定高效运行。

二、AI(Ce)1859-2.68型风机技术详解

2.1 型号含义与基本参数解析

AI(Ce)1859-2.68型离心鼓风机是专为轻稀土铈提纯工艺设计的单级悬臂加压风机。型号中各部分的含义如下：

“AI”表示该风机属于AI系列单级悬臂加压风机，采用悬臂式转子设计，结构紧凑，适用于中等流量和压力场合；

“(Ce)”表示该风机专为铈提纯工艺优化设计，材料选择和内部结构针对稀土工艺环境进行了特殊处理；

“1859”表示风机在设计工况下的流量为每分钟1859立方米，这是风机选型中的核心参数之一，直接关系到工艺系统的气量需求；

“-2.68”表示风机的出口压力为2.68个大气压（绝压），相当于出口表压为1.68公斤力每平方厘米。需要注意的是，该型号中没有“/”符号，按照约定表示进口压力为1个标准大气压。

该型号风机主要与稀土提纯中的跳汰机、浮选槽或气体搅拌系统配套使用，提供稳定的气源动力。其设计点参数通常基于标准进气状态（温度20℃，相对湿度50%，大气压力101.325kPa，进口压力为标准大气压）确定，在实际应用中需根据现场条件进行相应换算和调整。

2.2 结构特点与工作原理

AI(Ce)1859-2.68型风机采用单级悬臂结构，其主要组成部分包括：

进气系统：包括进气口、进气导叶调节装置（若配备）和进气室。针对稀土提纯工艺中可能存在的微量腐蚀性气体，进气室内壁常采用特殊涂层或耐腐蚀材料。

叶轮组件：作为风机的核心做功部件，AI(Ce)系列叶轮通常采用后向叶片设计，这种设计虽然效率略低于前向叶片，但具有更稳定的性能曲线和更宽的高效区，特别适合工艺参数可能波动的稀土提纯应用。叶轮材料根据输送介质的不同而有所区别，对于空气和一般工业气体，多采用高强度铝合金或不锈钢；对于腐蚀性气体，则选用耐蚀合金或进行特殊表面处理。

机壳与扩压器：机壳采用蜗壳式设计，将叶轮出口的高速气流逐步减速扩压，将动能转化为压力能。扩压器的设计对风机效率有重要影响，AI(Ce)系列的扩压器角度和宽度经过优化，以适应1859立方米每分钟流量和2.68个大气压出口压力的特定工况。

驱动系统：通常采用电动机通过联轴器直接驱动，电机功率根据风机所需轴功率和一定安全系数确定。轴功率的计算遵循离心式风机的基本功率公式：轴功率等于流量乘以压力增量再除以风机效率，最后除以机械传动效率。

支撑与对中系统：作为悬臂式风机，转子仅在一端由轴承支撑，另一端悬空安装叶轮。这种设计减少了轴承数量，简化了结构，但对转子的动平衡精度和轴承的承载能力提出了更高要求。

2.3 性能曲线与调节特性

AI(Ce)1859-2.68型风机的性能通常以性能曲线的形式表示，包括压力-流量曲线、功率-流量曲线和效率-流量曲线。对于定速风机，其压力-流量曲线呈下降趋势，即随着流量增加，出口压力逐渐降低。最高效率点通常位于设计流量（1859立方米每分钟）附近，在实际运行中应尽量使风机工作在高效率区域，以降低能耗。

流量调节是风机运行中的重要环节，AI(Ce)系列风机常用的调节方式包括：

进口导叶调节：通过改变进口导叶的角度来预旋进气，改变风机性能曲线，实现流量调节。这种方法比出口节流调节效率高，是离心风机常用的调节方式。

变频调速：通过改变电机转速来调节风机性能，根据风机相似定律，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。这种方法调节范围宽、效率高，但投资较大。

出口节流：简单但效率最低的调节方式，仅适用于小范围临时调节。

对于稀土提纯工艺，由于工艺条件相对稳定，AI(Ce)1859-2.68通常在设计点附近运行，调节需求相对较小，但仍需保留一定的调节能力以适应矿石品位波动和工艺参数微调。

三、风机关键配件详解

3.1 主轴与轴承系统

风机主轴是传递扭矩、支撑旋转部件的核心零件。AI(Ce)1859-2.68型风机的主轴通常采用优质合金钢（如42CrMo）锻造而成，经过调质处理获得良好的综合机械性能。主轴的设计需同时满足强度、刚度和临界转速的要求。强度计算主要考虑扭矩和弯矩的联合作用；刚度则确保轴在负载下的变形在允许范围内；临界转速分析需确保工作转速避开各阶临界转速一定范围，通常要求工作转速低于一阶临界转速的70%或高于一阶临界转速的130%。

轴瓦（滑动轴承）是AI(Ce)系列风机常用的轴承形式，相比滚动轴承，滑动轴承具有承载能力大、运行平稳、阻尼性能好等优点，特别适合高速旋转机械。轴瓦通常由钢背和轴承合金层组成，轴承合金常用巴氏合金（锡锑铜合金），其具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力。轴瓦的润滑通常采用强制供油系统，确保油膜的形成和维持。轴瓦间隙是安装调试的关键参数，通常取轴径的千分之一到千分之一点五，需严格按照制造厂要求调整。

3.2 转子总成与动平衡

风机转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘（如有）、联轴器半体等所有旋转部件。转子组装后必须进行严格的动平衡校验，以减小旋转时的不平衡力。对于悬臂式转子如AI(Ce)系列，动平衡要求尤为严格，通常要求达到G2.5平衡等级或更高。动平衡校正可通过在特定位置增重或去重实现，校正后残余不平衡量需满足公式：允许残余不平衡量等于平衡品质等级乘以转子质量再除以角速度。

3.3 密封系统

密封系统对风机的效率和安全运行至关重要，AI(Ce)1859-2.68型风机主要采用以下几种密封：

气封（迷宫密封）：在叶轮入口和轴端等位置设置迷宫式密封，利用多次节流效应减少气体泄漏。迷宫密封的间隙非常关键，通常为0.2-0.5毫米，过大会增加泄漏，过小可能引起摩擦。

碳环密封：在轴承箱等位置常用碳环密封，碳材料具有自润滑性，即使与轴有轻微接触也不会产生严重磨损。碳环密封既能防止润滑油外泄，也能防止外部杂质进入轴承箱。碳环的磨损是渐进的，需定期检查更换。

油封：主要用于轴承箱的密封，防止润滑油泄漏。常用骨架油封或机械密封，选择时需考虑线速度、温度和介质相容性。

3.4 轴承箱与润滑系统

轴承箱不仅提供轴承的安装支撑，还构成润滑油腔。设计需保证足够的刚度和强度，同时要考虑散热和油路布置。轴承箱通常设置观察窗和油位计，方便日常检查。

润滑系统对滑动轴承尤为重要，AI(Ce)系列通常采用强制循环润滑系统，包括油箱、油泵、冷却器、过滤器和管路。润滑油不仅减少摩擦，还带走摩擦热，维持轴承温度稳定。润滑油的选择需考虑粘度、抗氧化性和抗乳化性，通常使用ISO VG32或VG46等级的透平油。

四、风机维护与修理要点

4.1 日常维护与检查

AI(Ce)1859-2.68型风机的日常维护是确保长期稳定运行的基础，主要包括：

振动监测：定期测量轴承座的振动速度或位移，早期发现不平衡、不对中、松动等故障。振动速度的均方根值通常不应超过4.5毫米每秒，具体标准参考风机出厂要求。

温度监测：轴承温度是重要的状态指标，滑动轴承温度通常不应超过70℃，温升不应超过40℃。温度异常升高可能预示润滑不良或负载过大。

油液分析：定期取样分析润滑油，监测粘度变化、水分含量、金属颗粒等，预测部件磨损情况。

密封检查：检查各密封点是否有泄漏，碳环密封的磨损情况等。

4.2 常见故障与处理

振动过大：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动等。处理步骤：首先检查基础紧固情况，然后检查对中，最后考虑转子重新平衡。现场动平衡是常用的处理方法，通过试重法或影响系数法校正。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或变质、冷却系统故障、轴承间隙不当、负载过大等。处理：检查油位和油质，清洗或更换滤芯，检查冷却水系统，必要时调整轴承间隙。

性能下降：流量或压力达不到设计值，可能原因包括密封磨损导致内泄漏增加、叶轮磨损或积垢、进气过滤器堵塞等。处理：检查各部位间隙，清洁叶轮和流道，更换磨损部件。

异常噪音：可能原因包括轴承损坏、转子与静止件摩擦、喘振等。喘振是离心风机特有的不稳定工况，当流量过小时发生，表现为气流周期性振荡，伴有强烈振动和噪音。防止喘振的措施包括确保最小流量大于喘振流量，或设置防喘振控制回路。

4.3 大修要点与装配精度

风机运行一定时间后（通常2-3年或根据状态监测结果）需进行解体大修，主要内容包括：

转子检查与修复：检查叶轮磨损、腐蚀情况，测量叶片厚度，评估是否需要修复或更换。检查主轴直线度、表面状况，必要时进行磁粉探伤。

轴承更换：滑动轴承通常在大修时更换，检查轴瓦巴氏合金层是否有剥离、裂纹、磨损，测量轴瓦间隙和接触角。新轴瓦需刮研以确保接触面积达70%以上，接触点分布均匀。

密封更换：更换所有碳环密封和其他易损密封件，调整密封间隙。

对中校正：大修后重新安装必须严格对中，联轴器对中误差通常要求径向不超过0.05毫米，端面不超过0.03毫米/100毫米直径。

装配过程中需特别注意各部位间隙调整，包括叶轮与进气口的间隙、迷宫密封间隙、轴承间隙等，这些间隙直接影响风机性能和使用寿命。

五、工业气体输送的特殊考虑

5.1 不同气体的特性与风机选材

AI(Ce)系列风机设计可输送多种工业气体，不同气体对风机材料和安全措施有不同要求：

空气：最常见介质，材料选择范围宽，主要考虑强度和耐腐蚀性（如空气中的水分可能引起腐蚀）。

工业烟气：可能含有腐蚀性成分（如SO₂、NOx）和颗粒物，需选择耐蚀材料（如316L不锈钢）并考虑防磨措施。

二氧化碳(CO₂)：干燥CO₂腐蚀性不强，但湿CO₂会形成碳酸，腐蚀碳钢，需采用不锈钢或涂层保护。

氧气(O₂)：强氧化剂，与油脂接触可能引起燃烧，所有与氧气接触的部件必须彻底脱脂，轴承需采用特殊润滑或密封，防止润滑油进入气体侧。

氢气(H₂)：分子小，易泄漏，渗透性强，密封设计需特别考虑，通常采用多级密封或特殊密封材料。氢气与空气混合易爆炸，防爆要求严格。

惰性气体（He、Ne、Ar）：化学惰性，材料选择主要考虑强度和工艺要求，但需注意高纯度气体对密封的严格要求，防止外界空气渗入污染气体。

5.2 气体性质对风机性能的影响

输送不同气体时，风机的性能会发生变化，主要影响因素包括气体密度和绝热指数：

流量：容积式风机（如罗茨风机）的容积流量基本不受气体密度影响，但离心式风机如AI(Ce)系列的进口容积流量也基本不变（忽略压缩性影响），因此质量流量与气体密度成正比。

压力：离心风机产生的压力与气体密度成正比。当气体密度变化时，压力比（出口压力与进口压力之比）保持不变，但压差（出口压力减进口压力）与密度成正比变化。

功率：轴功率与气体密度成正比。当输送密度小的气体（如氢气）时，相同工况下功率大幅减小；输送密度大的气体时功率增加。

性能换算公式：当风机转速不变，输送不同气体时，流量不变，压力与气体密度成正比，功率也与气体密度成正比。具体公式为：新气体下的压力等于原气体压力乘以新气体密度除以原气体密度；新气体下的功率等于原气体功率乘以新气体密度除以原气体密度。

5.3 安全措施与特殊设计

输送特殊工业气体时，AI(Ce)系列风机需采取相应安全措施：

防泄漏设计：对于有毒、易燃易爆或高价值气体，采用双端面机械密封、干气密封等特殊密封，设置泄漏检测报警。

防爆设计：对于易燃易爆气体，电机、仪表需采用相应防爆等级，设备接地良好，防止静电积聚。

材料相容性：所有与气体接触的材料必须与气体相容，防止化学反应、腐蚀或污染。

清洗与置换：检修前后需进行彻底清洗和气体置换，特别是输送氧气后检修前需用惰性气体置换，输送易燃气体后需用惰性气体置换至安全浓度以下。

六、总结与展望

AI(Ce)1859-2.68型离心鼓风机作为轻稀土铈提纯工艺中的关键设备，其设计和应用体现了专用设备与特定工艺的深度融合。从型号解读到结构分析，从配件详解到维护要点，从空气输送到特殊气体处理，全面掌握该型风机的技术特性对保障稀土提纯生产的稳定高效运行至关重要。

随着稀土工业技术的不断进步，对离心鼓风机也提出了更高要求：更高效率以降低能耗，更宽调节范围以适应柔性生产，更高可靠性以减少停机损失，更智能监测以实现预测性维护。未来，AI(Ce)系列风机可能会在以下方面进一步发展：采用三元流叶轮等高效设计；应用磁悬浮轴承等无油技术；集成智能传感器和物联网技术；发展状态监测与故障诊断系统；优化材料提高耐腐蚀和耐磨性能。

作为风机技术人员，我们不仅需要深入理解现有设备的技术细节，更应关注行业发展趋势和技术创新，将先进的鼓风机技术与稀土提纯工艺需求相结合，为我国的稀土产业发展提供可靠、高效、智能的气动装备支持。在实践中不断积累经验，完善维护规程，提高故障诊断和处理能力，确保每一台AI(Ce)1859-2.68型风机都能在稀土提纯生产线上发挥最佳性能，为这一战略性资源的开发利用贡献力量。