轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机:AI(Ce)1661-2.60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)1661-2.60、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土分离技术

一、引言：稀土提纯工艺与风机技术的重要性

稀土元素作为“工业维生素”，在现代高新技术产业中具有不可替代的战略地位。轻稀土（铈组稀土）主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)等元素，其中铈(Ce)作为含量最丰富的稀土元素，广泛应用于玻璃陶瓷、催化剂、储氢材料、抛光粉等领域。在铈的提取与提纯过程中，离心鼓风机作为关键气体输送与加压设备，其性能直接影响到生产工艺的效率、能耗和产品质量。

稀土矿提纯过程包括矿石分解、浸出、萃取、沉淀、煅烧等多个工序，这些工序往往需要特定气体（如空气、氧气、氮气、二氧化碳等）的输送、加压或循环。离心鼓风机在这些环节中承担着气体输送、氧化反应供氧、烟气排放、惰性气体保护等重要功能。AI(Ce)1661-2.60型风机正是为轻稀土铈提纯工艺特定需求而设计的专用设备，本文将深入解析该型号风机的技术特点、配件系统和维护要点。

二、轻稀土铈提纯工艺对风机的特殊要求

轻稀土铈的提纯工艺通常包括硫酸焙烧-水浸法、碱法分解、氧化焙烧等流程。这些工艺对风机设备提出了多方面特殊要求：

AI(Ce)系列风机正是针对这些特殊需求而开发的专用设备，采用特殊材质和结构设计，确保在苛刻工况下稳定运行。

三、AI(Ce)1661-2.60型风机完整技术解析

3.1 型号命名规则详解

根据行业标准，AI(Ce)1661-2.60型号可分解为以下部分：

3.2 风机基本结构与工作原理

AI(Ce)1661-2.60型风机为单级悬臂式离心鼓风机，主要由以下核心部件构成：

进气室：采用渐缩式流道设计，确保气体均匀进入叶轮，减少湍流损失。针对稀土提纯环境中可能存在的微量腐蚀性成分，进气室内壁喷涂有耐腐蚀涂层。

叶轮系统：作为风机核心做功部件，采用后弯式叶片设计，共有12片高强度合金叶片。叶轮经过严格的动平衡校验，残余不平衡量小于1.0g·mm/kg，确保高速运转下的稳定性。叶轮材料根据输送气体性质可选304不锈钢、316L不锈钢或钛合金，对于输送含氯离子环境的气体，通常选用双向不锈钢或哈氏合金。

主轴与轴承系统：主轴采用42CrMo高强度合金钢，调质处理后硬度达到HB250-280，具有优异的疲劳强度和耐磨性。轴承采用滑动轴承（轴瓦）形式，相较于滚动轴承，滑动轴承具有承载能力大、阻尼性能好、适合高速重载等优点。轴瓦材料为锡基巴氏合金（ZChSnSb11-6），厚度3mm，与主轴间隙控制在0.08-0.12mm范围内。

密封系统：包括气封、油封和碳环密封三重密封结构：

轴承箱与润滑系统：轴承箱为整体铸造结构，具有良好的刚性和减振性能。润滑系统采用强制循环油润滑，配备油泵、油冷却器和双联滤油器，确保轴承在最佳温度范围内工作（进油温度35-45℃，回油温度≤65℃）。

3.3 性能参数与特性曲线

AI(Ce)1661-2.60型风机在标准工况下（进气压力101.325kPa，温度20℃，相对湿度50%，输送空气）的主要性能参数如下：

风机的性能遵循离心式风机的相似定律：流量与转速成正比；压力与转速的平方成正比；轴功率与转速的立方成正比。在实际应用中，可通过变频调速或进口导叶调节来适应工艺流量变化需求。

风机特性曲线呈抛物线形状，随着流量增加，压力逐渐降低，功率逐渐增加。在选型时，应确保工艺工作点位于风机高效区内（通常为最高效率点的80%-110%范围），避免在小流量或大流量区域运行导致的喘振或阻塞现象。

四、风机核心配件详解与选型要点

4.1 风机主轴

主轴是传递扭矩、支撑旋转部件的关键零件。AI(Ce)1661-2.60型风机主轴采用42CrMo合金钢，经过锻造、粗加工、调质处理、精加工、表面淬火、磨削等多道工序制成。主轴的设计需满足以下要求：

4.2 风机轴承与轴瓦

滑动轴承（轴瓦）是高速离心风机的首选轴承形式。AI(Ce)1661-2.60采用圆瓦轴承，其主要特点包括：

轴瓦结构：轴瓦由钢背和巴氏合金层组成。钢背材料为低碳钢（08或10号钢），厚度15mm；巴氏合金层厚度3mm，采用离心浇铸工艺确保结合强度。轴瓦内表面开设轴向油槽和周向油囊，确保润滑油膜形成。

润滑机理：根据流体动压润滑理论，当主轴旋转时，润滑油被带入轴瓦与轴颈之间的楔形间隙，形成压力油膜，将主轴浮起，实现液体摩擦。最小油膜厚度计算公式为：最小油膜厚度等于轴承半径间隙乘以（1减偏心率的差值），正常工作状态下最小油膜厚度应≥0.025mm。

轴瓦间隙控制：轴承间隙是影响轴承性能的关键参数。间隙过小会导致润滑不良、温升过高；间隙过大会降低轴承刚度、增加振动。AI(Ce)1661-2.60的轴承间隙按下式计算：轴承直径间隙等于轴承直径乘以间隙系数（0.0012至0.0015）。对于直径200mm的主轴，理论间隙为0.24-0.30mm，实际装配时控制在0.25±0.02mm。

4.3 风机转子总成

转子总成包括叶轮、主轴、平衡盘、联轴器等旋转部件的组合体。其装配和平衡精度直接影响风机运行平稳性。

动平衡要求：转子总成需进行高速动平衡校验，平衡精度等级不低于G2.5级。允许残余不平衡量按下式计算：允许残余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。对于质量850kg、转速2980r/min的转子，允许残余不平衡量不大于12.5g·mm。

过盈配合计算：叶轮与主轴采用过盈配合连接，过盈量根据传递扭矩和离心力计算。最小过盈量计算公式为：最小过盈量等于（传递扭矩所需过盈量与离心力引起过盈量减少值之和）除以配合面周长再除以材料弹性模量。实际过盈量通常控制在0.08-0.12mm范围内。

4.4 密封系统

碳环密封：作为主密封，碳环密封由多个碳环组成，每个碳环由3-4个弧段拼接而成，借助弹簧力实现径向自紧。密封间隙通常控制在0.05-0.10mm，泄漏量计算公式为：泄漏量等于密封间隙的三次方乘以压力差乘以π乘以密封直径再除以（12乘以气体动力粘度乘以密封长度）。实际泄漏量不超过额定流量的0.5%。

迷宫密封：作为辅助密封，迷宫密封通过多级曲折流道消耗气体压力能，减少泄漏。密封齿数通常为6-8齿，齿顶间隙0.25-0.35mm。密封效果与齿数、间隙、齿形密切相关，优化齿形可将密封效率提高15%-20%。

4.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱为铸铁HT250铸造而成，箱体设计需确保足够的刚度和阻尼特性。轴承箱自然频率应避开风机工作频率和叶片通过频率，避免共振。

润滑系统采用ISO VG46透平油，油箱容量不低于800L，确保油液在系统中循环时间不超过5分钟。油冷却器换热面积根据热平衡计算：散热量等于轴功率乘以机械损失系数（通常取0.02-0.03）。AI(Ce)1661-2.60的散热量约为12-15kW，需配置换热面积不低于15m²的油冷却器。

五、风机维修与故障处理

5.1 日常维护要点

5.2 常见故障诊断与处理

振动过大：

轴承温度过高：

风量不足或压力下降：

5.3 大修周期与内容

AI(Ce)1661-2.60型风机大修周期通常为24,000运行小时或4年（以先到为准）。大修主要内容包括：

六、输送工业气体的特殊考量

AI(Ce)系列风机可输送多种工业气体，不同气体特性对风机设计和操作有不同要求：

6.1 不同气体的特性影响

氧气(O₂)：助燃性强，要求风机完全去油脱脂，所有密封材料必须采用氧兼容材料（如聚四氟乙烯、氟橡胶），禁油润滑。

氢气(H₂)：密度小、易泄漏、易爆炸。要求极高密封性能，通常采用干气密封或串联式碳环密封，电机需防爆型。

二氧化碳(CO₂)：高压下可能液化，需控制最低工作温度；潮湿CO₂具有腐蚀性，材料需耐腐蚀。

氮气(N₂)：惰性气体，相对安全，但需注意纯度保持，防止空气渗入污染。

氩气(Ar)、氦气(He)、氖气(Ne)：稀有气体，价值高，要求极低泄漏率，通常采用双端面干气密封。

6.2 气体性质对风机性能的影响

6.3 材料选择与安全措施

针对不同气体，风机材料需特殊选择：

安全措施包括：气体泄漏检测报警、紧急停车系统、防火防爆结构、安全阀或爆破片设置等。

七、AI(Ce)系列与其他系列风机对比

稀土提纯工艺中，根据不同工况可选择不同系列风机：

相比之下，AI(Ce)系列具有结构简单、维护方便、成本较低等优势，特别适合轻稀土提纯中的中低压气体输送需求。

八、结论与展望

AI(Ce)1661-2.60型离心鼓风机作为轻稀土铈提纯工艺中的关键设备，通过特殊设计和材料选择，满足了稀土提严苛工况下的可靠性、耐腐蚀性和高效性要求。其单级悬臂结构紧凑，维护方便；三重密封系统确保有害气体零泄漏；滑动轴承设计适合高速长期运行。

随着稀土工业向精细化、绿色化方向发展，对风机技术也提出了更高要求：更高效率以降低能耗、更智能的监测与故障预警系统、更广泛的气体适应性、更长的免维护周期。未来，稀土提纯风机将朝着智能化、高效化、专用化方向发展，新材料（如陶瓷涂层、复合材料）、新密封技术（如干气密封、磁力密封）和智能控制系统将得到更广泛应用。

正确选型、规范安装、科学维护是确保风机长期稳定运行的关键。作为风机技术人员，我们应深入理解工艺需求，掌握设备特性，为稀土工业的发展提供可靠装备保障。