轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机AI(Ce)561-3.0技术解析与运维指南

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：稀土提纯、离心鼓风机、AI(Ce)561-3.0、风机配件、风机修理、工业气体输送、铈组稀土、气封系统、转子总成

一、轻稀土提纯工艺中离心鼓风机的关键作用

轻稀土（铈组稀土）主要包括镧、铈、镨、钕等元素，其中铈（Ce）作为储量最丰富的稀土元素，在抛光材料、储氧材料、催化剂等领域应用广泛。铈的提纯过程通常涉及矿石破碎、浮选、焙烧、酸浸、萃取分离等多道工序，在这些工序中，离心鼓风机扮演着至关重要的角色。从浮选环节的气流搅拌，到焙烧工序的供氧控制，再到废气处理的气体输送，都需要特定性能的风机提供稳定可靠的气源支持。

稀土提纯工艺对鼓风机有着特殊要求：首先，工艺气体可能具有腐蚀性（如含氟、氯的烟气）；其次，某些工序需要精确的气压和流量控制；第三，连续生产要求设备具备高可靠性和易维护性；第四，能效指标直接影响生产成本。针对这些需求，风机行业开发了专门用于稀土提纯的系列化产品，其中AI(Ce)系列单级悬臂加压风机因其结构紧凑、维护方便、适应性强的特点，在铈提纯工艺的中低压环节得到广泛应用。

二、AI(Ce)561-3.0型离心鼓风机全面解析

2.1 型号命名规范与技术参数解读

在风机领域，型号命名承载着重要的技术信息。以“AI(Ce)561-3.0”为例进行解析：

“AI”代表风机系列，即单级悬臂加压风机。悬臂式设计指叶轮安装在主轴的一端，另一端由轴承支撑，这种结构简化了风机壳体，便于拆卸和维护。

“(Ce)”是应用标识，表明该风机专为铈组稀土提纯工艺设计和优化，包括材料选择、密封配置、防腐处理等方面都针对稀土生产环境进行了特殊考量。

“561”表示风机在设计工况下的流量为每分钟561立方米。这是风机选型的关键参数之一，需要根据实际工艺需求确定。流量过大可能导致能源浪费和工艺控制困难，流量不足则会影响生产效率。

“-3.0”表示风机出口压力为3.0个大气压（表压）。需要特别说明的是，按照行业惯例，如果型号中没有“/”符号分隔进排气压力，则默认进气压力为1个大气压（绝对压力）。因此，AI(Ce)561-3.0表示风机从常压吸气，压缩后排出压力为3.0个大气压（绝对压力约为4.0个大气压）。

该型号风机的主要设计工况为：输送介质为空气或特定工业气体，进口温度通常不超过40℃，气体中固体颗粒物含量应低于10mg/m³，连续运行时间可达8000小时以上，整机效率通常可达82%-85%。

2.2 结构特点与工作原理

AI(Ce)561-3.0采用单级离心式设计，核心工作原理是基于叶轮旋转产生的离心力对气体做功。具体过程为：电机通过联轴器驱动主轴高速旋转，安装在主轴前端的叶轮随之转动，气体从进气口轴向进入叶轮，在叶片通道内获得能量，压力提高、速度增加，然后进入扩压器将动能进一步转化为压力能，最后从蜗壳出口排出。

悬臂式结构的优势在于：第一，只需一端轴承支撑，结构简单紧凑；第二，叶轮侧开盖即可进行检修，无需拆卸进出口管道；第三，轴向长度短，基础安装要求相对较低。但这种设计也对轴承承载能力和转子动平衡提出了更高要求。

针对稀土提纯环境，AI(Ce)561-3.0在标准AI系列基础上进行了多项优化：过流部件（叶轮、蜗壳）采用耐腐蚀材料或增加防腐涂层；密封系统加强以防止工艺气体泄漏和外部杂质进入；轴承系统考虑可能的气体温度波动影响；外部支架和连接件进行防化处理。

三、风机核心配件详解

3.1 转子总成系统

转子总成是离心鼓风机的“心脏”，AI(Ce)561-3.0的转子总成主要包括主轴、叶轮、平衡盘（如有）、联轴器等部件。

主轴通常采用高强度合金钢（如42CrMo）整体锻造，经调质处理获得良好的综合机械性能。主轴的设计需考虑临界转速，工作转速应避开一阶临界转速的70%-130%范围，以防止共振。AI(Ce)561-3.0的工作转速通常在3000-8000rpm之间，具体取决于叶轮直径和设计压力。

叶轮是能量转换的核心部件，多为闭式后弯型设计，叶片数通常为12-24片。针对稀土工艺可能存在的微腐蚀环境，叶轮材料可选择马氏体不锈钢（如2Cr13）或双相不锈钢（如2205），在特别恶劣的条件下甚至可采用钛合金。叶轮制造需经过精密加工、动平衡校正（通常要求达到G2.5级平衡等级），必要时进行超速试验（超额定转速10%-15%）。

3.2 轴承与润滑系统

AI(Ce)561-3.0采用滑动轴承（轴瓦）支撑，这是高速离心风机的典型配置。滑动轴承相比滚动轴承具有承载能力强、阻尼特性好、寿命长等优点，更适合高速重载工况。

轴瓦通常为剖分式结构，内衬巴氏合金（锡基或铅基）。巴氏合金具有良好的嵌入性和顺应性，能容忍少量异物，且与钢轴配对时的摩擦系数低。轴瓦间隙是关键参数，一般控制在轴径的0.8‰-1.2‰之间，需根据转速、载荷、油温等因素精确计算。

轴承箱设计需确保油膜稳定形成，通常采用压力供油润滑，油压一般维持在0.1-0.3MPa。润滑油不仅起润滑作用，还承担冷却和清洁功能。对于连续运行的稀土生产线，建议配备独立的润滑油站，具备过滤、冷却、监控等功能，确保轴承长期稳定运行。

3.3 密封系统

密封系统对风机的安全、效率和环境兼容性至关重要，AI(Ce)561-3.0主要配置三种密封：气封、油封和碳环密封。

气封（迷宫密封）安装在叶轮进口和级间，通过一系列环形齿片与轴形成微小间隙，利用节流效应减少气体泄漏。气封间隙通常控制在0.2-0.4mm，过小可能引起摩擦，过大则泄漏增加效率下降。针对稀土工艺中可能存在的颗粒物，气封齿片可采用可磨损设计或硬质涂层。

油封位于轴承箱两端，防止润滑油泄漏和外部污染物进入。常用形式包括唇形密封、机械密封或复合密封。对于高压差工况，可能采用加压式油封系统。

碳环密封是近年来在中高速风机中应用的高性能密封形式，由多个碳环组合而成，通过弹簧力提供径向贴合。碳环密封的优点是泄漏量极小（可达迷宫密封的10%-20%），寿命长，适应一定程度的轴跳动。在AI(Ce)561-3.0上，碳环密封通常用于轴承箱与机壳之间的区域，防止工艺气体进入润滑油系统。

3.4 其他关键配件

轴承箱是支撑转子、容纳轴承和密封的基础部件，需要有足够的刚度和精度，通常采用铸铁或铸钢制造，加工时需保证各安装面的同心度和垂直度。

联轴器连接电机和风机主轴，常用膜片式联轴器，能补偿一定的轴向、径向和角向偏差，同时不传递电动机的轴向力到风机轴承。

进口导叶或出口阀门用于调节风机的流量和压力，在稀土工艺中，可能需要根据生产负荷变化进行调整。AI(Ce)561-3.0通常配备电动或气动执行机构，可实现远程控制。

四、风机维护与修理要点

4.1 日常维护规程

AI(Ce)561-3.0的日常维护应建立标准化流程，包括：

振动监测：每天记录轴承座各方向的振动值（速度有效值或位移峰值），正常应低于4.5mm/s（或45μm），超过7.1mm/s需加强监测，超过11.2mm/s应安排停机检查。振动分析能早期发现不平衡、不对中、松动、轴承损伤等故障。

温度监测：轴承温度不应超过75℃（环境温度40℃基准），润滑油进油温度控制在35-45℃，回油温度不超过65℃。异常升温可能预示润滑不良、载荷过大或摩擦问题。

润滑管理：定期检查油位、油质，每三个月取样化验一次，监测粘度、酸值、水分和金属颗粒含量。润滑油更换周期一般为4000-8000运行小时，具体取决于工况和油品质量。

密封检查：观察气封和油封区域有无泄漏迹象，定期检查碳环密封的磨损情况，必要时测量密封间隙。

4.2 常见故障诊断与处理

振动异常：如果振动值持续上升，首先检查地脚螺栓和联轴器对中。对中要求径向偏差不超过0.05mm，角向偏差不超过0.05mm/m。如果振动以工频为主，可能是转子不平衡，需重新做动平衡；如果以倍频为主，可能是不对中或松动；如果出现高频成分，可能是轴承或齿轮问题。

温度过高：轴承温度超标时，检查供油压力、流量和温度，清洗或更换油过滤器，检查冷却器效率。如果特定部位温度高，可能是轴承间隙过小或接触不良。

性能下降：流量或压力达不到设计值，可能的原因包括：密封间隙过大导致内泄漏增加；叶轮结垢或腐蚀导致效率降低；进气过滤器堵塞；管网阻力变化。需系统检查并针对性处理。

异响：异常声音可能是轴承损坏（连续或间歇的尖锐声）、摩擦（周期性刮擦声）、喘振（低沉的周期性轰鸣）或旋转失速（不规则的爆裂声）。喘振是离心风机的危险工况，发生在小流量区域，需立即开大出口阀门或减小压力比，使工况点移回稳定区。

4.3 大修流程与标准

AI(Ce)561-3.0建议每运行24000-32000小时或3-4年进行一次全面大修，主要步骤包括：

拆卸与清洗：按顺序拆卸联轴器、进气箱、机壳上盖、转子总成等部件，使用专用清洗剂彻底清洗各部件，特别是油路和气路通道。

检查与测量：关键检查项目包括：叶轮叶片磨损和腐蚀情况（最大允许减薄量为原厚度的1/3）；主轴直线度（全长不超过0.02mm）；轴瓦巴氏合金层结合情况和磨损量（最大磨损不超过合金层厚度的1/2）；密封间隙（与原始设计值比较，最大允许增加50%）；壳体变形和腐蚀。

修复与更换：叶轮如出现局部腐蚀可采用堆焊后机加工修复，但需重新做动平衡；主轴轻微弯曲可校正，但校正后需进行无损探伤；轴瓦磨损超标需重新浇铸巴氏合金并机加工；密封件通常建议更换新品；所有紧固件如螺栓、垫片建议更换。

组装与调试：按逆序组装，特别注意对中精度和间隙控制。组装后手动盘车应灵活无卡滞。试车应分步骤进行：先点动检查旋转方向，再低速运行1-2小时检查振动和温度，最后逐步加载至额定工况。试车期间监测各项参数并记录，作为后续运行的基准数据。

五、稀土提纯专用风机系列概览

5.1 多级离心鼓风机系列

C(Ce)型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联，每级叶轮后设置导叶和回流器，可实现较高的压比（通常可达3-6）。适用于稀土焙烧、煅烧等需要中高压供气的工序。结构相对复杂，维修需要专业技术和工具。

D(Ce)型系列高速高压多级离心鼓风机：采用齿轮箱增速，转子转速可达10000-30000rpm，单级压比高，结构紧凑。适用于需要高压小流量的场合，如某些特殊萃取工艺的吹扫气源。维护重点是齿轮箱和高速轴承。

5.2 浮选专用风机系列

CF(Ce)型系列专用浮选离心鼓风机：针对稀土浮选工艺优化，特点是大流量、低压力（通常0.2-0.6大气压），具有良好的调节性能和耐腐蚀设计。浮选工艺对气泡大小和分布有严格要求，因此风机需提供稳定、均匀的气流。

CJ(Ce)型系列专用浮选离心鼓风机：在CF系列基础上进一步优化，通常采用双吸进气结构，流量更大，结构更紧凑。适合大型浮选槽群集中供气。

5.3 其他加压风机系列

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，适合较大流量和较高压力的工况，转子刚性更好，临界转速更高。在稀土废气处理、物料输送等环节有应用。

AII(Ce)型系列单级双支撑加压风机：与S系列类似但设计参数不同，通常适用于特定压力流量组合的工艺点。双支撑结构检修比悬臂式复杂，但运行稳定性通常更好。

六、工业气体输送的特殊考量

稀土提纯工艺中，离心鼓风机不仅输送空气，还可能输送多种工业气体，不同气体特性对风机设计和运行有重要影响。

6.1 气体特性与风机适配

密度影响：气体密度直接影响风机功率，功率与密度成正比。输送氢气（密度约为空气的1/14）时，相同压比和流量下功率大大降低，但叶轮设计需考虑低密度气体的压缩特性。

压缩性：高压比时需考虑气体可压缩性，温升计算需采用多变过程公式：实际温升等于进气绝对温度乘以（压比的多变指数减1次方减1），其中多变指数与气体绝热指数和效率有关。

腐蚀性：工业烟气可能含硫、氟、氯等腐蚀成分，需选择耐蚀材料（如不锈钢、镍基合金、涂层）并控制气体露点温度，防止冷凝酸腐蚀。

危险性：氢气、氧气等气体有燃烧爆炸风险，风机需防爆设计（防爆电机、防静电、消除火花措施），氧气风机还需严格脱脂处理，禁油运行。

6.2 特殊气体输送实例

二氧化碳CO₂输送：用于稀土碳酸盐沉淀工序，CO₂密度大于空气，功率需求增加，且高压下可能液化，需控制最低运行温度高于临界点。

氮气N₂输送：用于惰性保护气氛，N₂性质与空气接近，风机适配性好，重点保证密封性防止氧气渗入。

氧气O₂输送：用于氧化焙烧工序，需绝对禁油，所有过流部件需脱脂清洗，采用特殊密封材料（如聚四氟乙烯、石墨），运行中监测轴承温度防止过热。

氢气H₂输送：用于还原工序，尽管功率需求低，但泄漏风险高，需加强密封系统（通常采用干气密封或双层迷宫密封加氮气缓冲），电气部分防爆等级需达到相应标准。

稀有气体（He、Ne、Ar）输送：这些气体价值高，要求泄漏率极低，密封系统需特殊设计，可能采用磁力传动完全消除动密封。

6.3 混合气体输送

稀土工艺中常见混合气体输送，如空气-烟气混合、氮气-氢气混合等。混合气体物性需按组分比例加权计算，同时注意不同组分的相容性和安全问题。对于可能发生组分冷凝的混合气，需控制进气温度或采取加热措施。

七、选型与应用建议

7.1 风机选型原则

为铈提纯工艺选择离心鼓风机时，需遵循以下原则：

工艺匹配性：首先明确工艺需求:流量、压力、气体成分、温度范围、调节要求等。AI(Ce)561-3.0适用于中等流量（400-800m³/min）、中低压力（1.3-4.0大气压）的场合，如浮选供气、轻中度加压氧化等。

可靠性优先：稀土生产连续性强，停机损失大，应选择经过验证的可靠型号和配置，必要时采用冗余设计（一用一备）。

能效考量：风机是能耗大户，效率每提高1%，长期运行可节省可观电费。选择高效率区域覆盖常用工况点的机型，并考虑变速调节（如变频驱动）的节能潜力。

全生命周期成本：综合考虑采购成本、安装费用、运行能耗、维护支出和备件可获得性。有时初期投资较高的优质风机，长期看反而更经济。

7.2 AI(Ce)561-3.0的典型应用场景

在铈提纯工艺中，AI(Ce)561-3.0特别适用于以下环节：

浮选工序供气：为浮选机提供稳定气流，产生合适大小和数量的气泡，实现稀土矿物与脉石的有效分离。此时风机需与浮选机液位和药剂制度协调控制。

弱氧化焙烧供风：某些铈精矿的焙烧只需轻度氧化，压力需求适中，AI(Ce)561-3.0可提供精确可控的氧化气氛。

废气循环输送：将部分处理后的废气回用，既减少排放又回收热能，此时需考虑气体成分变化对风机材料的影响。

物料气力输送：将粉状或粒状中间产物（如焙砂、碳酸稀土）输送到下一工序，需根据物料特性和输送距离确定合适的气压和流量。

八、结语

离心鼓风机作为铈组稀土提纯工艺的关键动力设备，其性能、可靠性和适应性直接影响生产效率和产品质量。AI(Ce)561-3.0型风机作为专为稀土行业开发的单级悬臂加压风机，通过针对性的设计和优化，在中等流量压力需求的环节表现出良好的综合性能。

正确选型、规范安装、科学维护和及时维修是保证风机长期稳定运行的基础。随着稀土行业对自动化、智能化和绿色生产的要求不断提高，未来离心鼓风机将向更高效率、更智能监控、更易维护和更广泛的气体适应性方向发展。作为风机技术人员，我们需不断学习新知识、掌握新技术，为稀土工业的进步提供坚实的设备保障。