轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机:AI(Ce)192-1.21型离心鼓风机技术详解

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)192-1.21、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土冶炼专用设备

一、轻稀土提纯工艺与风机设备概述

在稀土冶炼工业中，轻稀土（铈组稀土）的提纯是一个复杂而精密的工艺过程。铈（Ce）作为轻稀土家族的重要成员，其提纯过程涉及焙烧、酸浸、萃取、结晶等多个环节，每个环节都需要特定的气体输送与压力控制设备。离心鼓风机作为提供气源动力的核心设备，在稀土提纯过程中扮演着无可替代的角色。

稀土矿提纯用的离心鼓风机需要满足特殊工况要求：首先，输送介质可能具有腐蚀性，如含有氟化物的工业烟气；其次，工艺要求压力稳定，流量可控；再次，设备需要连续长时间运行，可靠性要求极高；最后，还需考虑能效与维护便利性。针对这些需求，行业内开发了多个系列的专用风机，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。

这些风机可输送的气体范围广泛，涵盖空气、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）以及混合无毒工业气体，满足了稀土提纯全过程的气体需求。

二、AI(Ce)192-1.21型单级悬臂加压风机详解

2.1 型号解读与技术参数

轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机AI(Ce)192-1.21型号的解读遵循行业统一规则：

AI(Ce)192-1.21型风机的主要技术特点包括：采用后弯式叶轮设计，效率较高；悬臂式结构避免了双支撑带来的复杂对中问题；进出口方向可根据现场布置调整；配备完整的监测与控制系统。

2.2 结构特点与工作原理

AI(Ce)192-1.21型风机采用单级单吸悬臂式结构，其主要组成部分包括：叶轮、主轴、机壳、进气室、轴承箱、密封系统和驱动装置。

工作原理：电机通过联轴器驱动风机主轴高速旋转，固定在主轴上的叶轮随之转动。气体从轴向进入进气室，在叶轮入口处转为径向进入叶轮流道。在离心力作用下，气体被加速并甩向叶轮外缘，进入蜗形机壳。在蜗壳中，气体的部分动能转化为压力能，最终以较高的压力从出口排出。整个过程中，气体的压力升高主要依靠离心力的作用，遵循离心式压缩机的基本原理：压力升高与叶轮圆周速度的平方成正比，与气体分子量成正比。

该风机的性能曲线呈现典型特征：在恒定转速下，压力-流量曲线呈下降趋势，即流量增加时压力降低；功率-流量曲线呈上升趋势；效率曲线存在最高效率点，AI(Ce)192-1.21的设计工况点即位于高效率区域。

2.3 在铈提纯工艺中的应用定位

在轻稀土铈的提纯工艺中，AI(Ce)192-1.21型风机主要应用于以下环节：

风机在实际应用中需与工艺控制系统联动，根据传感器反馈实时调节流量和压力，确保提纯过程稳定高效。

三、风机核心配件详解

3.1 风机主轴

AI(Ce)192-1.21型风机的主轴采用高强度合金钢整体锻造，经调质处理获得良好的综合机械性能。主轴设计充分考虑临界转速避开工作转速范围，通常一阶临界转速高于工作转速的125%，确保运转平稳。主轴与叶轮的连接采用过盈配合加键连接的双重固定方式，部分型号还增加螺纹锁紧装置，确保高速旋转下绝对可靠。主轴表面的粗糙度要求极高（通常Ra≤0.8μm），与密封配合处需要进行硬化处理（如镀铬、氮化），提高耐磨性。

3.2 风机轴承与轴瓦

AI系列悬臂风机主要采用滑动轴承（轴瓦），因为滑动轴承在高速重载条件下具有更好的稳定性和寿命。轴瓦材料通常为巴氏合金（锡锑铜合金），这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，即使有微小杂质进入润滑系统也不易损伤轴颈。轴瓦设计采用可倾瓦结构或多油楔结构，能形成稳定的油膜，抑制油膜振荡。轴承间隙控制极为关键，通常为轴径的0.1%-0.15%，需精确测量调整。润滑系统采用强制供油，确保轴承充分润滑和冷却。

3.3 风机转子总成

转子总成是风机的核心旋转部件，包括叶轮、主轴、平衡盘（如有）、联轴器半体等。AI(Ce)192-1.21的叶轮采用后弯式叶片设计，材料根据输送介质选择：输送空气和惰性气体时可用普通不锈钢；输送腐蚀性气体时需采用耐腐蚀材料，如双相不锈钢、钛合金或表面特殊涂层处理。叶轮制造完成后需进行动平衡校正，精度等级通常达到G2.5级（ISO1940标准），确保高速运转时振动值在允许范围内。转子总成的轴向位置通过推力轴承精确限定，防止运转中发生轴向窜动。

3.4 密封系统

气封：在叶轮进口与机壳之间设置迷宫密封，减少内部泄漏。迷宫密封由一系列环形齿片组成，气体通过齿片间隙时产生多次节流膨胀，有效降低泄漏量。齿片材料通常为铝或铜合金，与轴套形成“软硬配副”，意外接触时优先磨损齿片，保护重要部件。

油封：防止润滑油从轴承箱泄漏，同时阻止外部杂质进入。AI(Ce)192-1.21采用复合式油封：内侧为骨架油封，负责主密封；外侧为迷宫式密封，作为辅助密封；中间可设回油槽，将可能泄漏的油导回油箱。

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，采用碳环密封。碳环由多个扇形碳块组成，靠弹簧力抱紧轴颈，形成径向密封。碳材料具有自润滑性，即使干运转也不会损伤轴颈。碳环密封的泄漏量远小于迷宫密封，但成本较高，需要更精细的维护。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱为铸铁或铸钢结构，具有足够的刚度和减振性能。箱体设计确保轴承对中精度，并设有观察窗、温度测点接口、油位计等。润滑系统包括油箱、油泵、冷却器、过滤器和监控仪表。润滑油不仅提供润滑，还带走轴承产生的热量。AI(Ce)192-1.21通常采用ISO VG32或VG46透平油，油温控制在40-50℃之间，油压稳定在0.1-0.15MPa。润滑油需定期化验，根据污染和氧化程度决定更换周期。

四、风机维护与故障处理

4.1 日常维护要点

AI(Ce)192-1.21风机的日常维护包括：每小时记录轴承温度、振动值、油压油温；每日检查油位、密封泄漏情况；每周检查联轴器对中、地脚螺栓紧固状态；每月取样化验润滑油品质。特别注意监听运行声音，异常噪音往往是故障前兆。

4.2 定期检修内容

小修（运行3000-4000小时）：清洗油过滤器、检查密封磨损情况、检查联轴器对中、紧固所有连接螺栓、校验监测仪表。

中修（运行12000-16000小时）：包括小修全部内容，增加：检查轴承间隙并调整、检查叶轮积垢和磨损情况并清洁、检查主轴颈磨损情况、更换所有密封件、清洗油冷却器和油箱。

大修（运行30000-40000小时）：包括中修全部内容，增加：转子总成全面检查（必要时返厂动平衡）、轴承箱内部全面检查、机壳流道检查修复、主轴无损探伤、更换所有易损件、机组重新对中找正。

4.3 常见故障诊断与处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡（需重新动平衡）、对中不良（重新对中）、轴承损坏（更换轴承）、基础松动（紧固地脚螺栓）、喘振（调整运行点避开喘振区）。振动分析是诊断风机故障的重要手段，通过频谱分析可判断故障类型。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或变质（补油或换油）、冷却效果差（清洗冷却器）、轴承间隙过小（调整间隙）、负载过大（检查系统阻力）。

风量风压不足：可能原因包括转速降低（检查电机和电源）、进口过滤器堵塞（清洗或更换滤芯）、密封泄漏严重（更换密封件）、叶轮磨损或积垢（清洁或更换叶轮）。

异常噪音：摩擦声可能来自密封接触；周期性撞击声可能来自叶片损坏；喘振声为低频轰鸣，伴随压力流量剧烈波动。

4.4 修复技术要求

叶轮修复：轻微磨损可堆焊后打磨修复；严重损坏需更换。修复后必须重新进行动平衡。

主轴修复：轴颈轻微磨损可采用镀铬修复；严重磨损或损伤需更换主轴。

机壳修复：腐蚀穿孔可采用补焊；流道腐蚀可堆焊后打磨恢复型线。

所有修复工作需由专业人员进行，修复后需进行性能测试，确保达到原设计指标。

五、工业气体输送的特殊考量

5.1 不同气体的特性与风机适配

稀土提纯过程涉及多种工业气体，每种气体对风机的要求各不相同：

氧气（O₂）：强氧化性，要求风机所有接触氧气的部件彻底脱脂，避免油污引起燃烧。材料选择上，避免使用易氧化材料，密封需采用无油结构。

氢气（H₂）：密度极小（仅为空气的1/14），分子量小，同压力比下所需压缩功小，但泄漏倾向大，需采用特殊密封（如碳环密封）。氢脆现象需关注，材料需选择抗氢脆钢种。

氮气（N₂）、氩气（Ar）等惰性气体：化学性质稳定，主要考虑纯度和泄漏控制。惰性气体可能置换空气中的氧气，检修前需充分置换，防止窒息风险。

二氧化碳（CO₂）：在一定温度压力下可能液化或形成干冰，需控制出口温度防止相变。潮湿CO₂有腐蚀性，需选择耐腐蚀材料。

工业烟气：成分复杂，可能含有腐蚀性物质（如SO₂、HF）、固体颗粒等。需在进口设过滤装置，风机材料需耐腐蚀，流道设计考虑防积灰。

5.2 材料选择原则

根据输送气体性质选择合适材料：

AI(Ce)系列风机提供多种材料选项，用户需根据实际输送介质在选型时明确告知。

5.3 密封系统特殊设计

对于贵重气体（如氦气、氖气）或有毒有害气体，密封系统需特殊设计：

5.4 安全注意事项

六、风机选型与系统集成

6.1 选型基本原则

为铈提纯工艺选择离心鼓风机时，需考虑以下因素：

AI(Ce)192-1.21适用于中等流量（100-300m³/min）、中等压力（升压0.2-0.5bar）的场合，是铈提纯生产线中应用最广泛的型号之一。

6.2 系统集成要点

风机需与前后工艺设备良好集成：

6.3 能效优化措施

七、未来发展趋势

随着稀土产业技术升级和环保要求提高，离心鼓风机技术也在不断发展：

轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机AI(Ce)192-1.21作为稀土冶炼行业的关键设备，其设计、制造、维护都需要专业知识与经验。正确选型、规范安装、精心维护是确保风机长期稳定运行的基础。随着我国稀土产业的持续发展，国产专用风机的技术水平已逐步达到国际先进水平，为稀土资源的高效清洁利用提供了可靠装备保障。

作为风机技术人员，我们需不断学习新技术，了解新工艺，根据用户实际需求提供最优解决方案。在稀土这一战略资源领域，设备可靠性直接影响生产连续性和产品质量，我们必须以高度的责任心对待每一台风机的设计、制造和维护工作，为中国稀土产业的发展贡献专业技术力量。