轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机基础知识详解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：铈提纯、稀土分离、离心鼓风机、AI(Ce)1351-1.40、风机配件、风机修理、工业气体输送

一、引言：稀土提纯工艺中的关键设备:离心鼓风机

稀土是现代工业的“维生素”，其中轻稀土（铈组稀土）中的铈(Ce)在催化剂、玻璃抛光、储氢材料等领域具有广泛应用。铈的提纯过程涉及浮选、萃取、分离等多道工序，这些工序对气体输送的稳定性、纯度和压力有严格要求。离心鼓风机作为提供气源动力的核心设备，其性能直接影响到铈的提纯效率和产品质量。

在铈提纯工艺流程中，风机需要为浮选机提供稳定气流，为化学反应釜输送特定工业气体，为分离设备创造特定压力环境。因此，针对不同工艺环节，开发了多种专用风机型号。本文将系统介绍轻稀土铈提纯用离心鼓风机的基础知识，重点解析AI(Ce)1351-1.40型风机及其相关技术要点。

二、轻稀土铈提纯专用离心鼓风机系列概述

1. 各系列风机特性与适用场景

根据铈提纯工艺的不同环节，风机技术发展出多个专用系列：

C(Ce)型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联结构，每级叶轮对气体做功，逐级提高气体压力。该系列风机适用于需要中等压力（1.5-3.5个大气压）的提纯环节，如某些萃取过程的搅拌曝气。其特点是压力稳定、调节范围宽，但结构相对复杂，维护要求较高。

CF(Ce)型系列专用浮选离心鼓风机：专门为浮选工序设计。浮选是铈矿初步分离的关键步骤，需要稳定且可精确控制的气流使矿物颗粒与气泡充分接触。CF系列风机通过特殊叶轮设计和流道优化，提供脉动小、均匀连续的气流，确保浮选槽内气泡分布均匀，提高铈矿物的回收率。

CJ(Ce)型系列专用浮选离心鼓风机：这是CF系列的改进型，主要优化了能耗和噪音控制。采用先进的空气动力学设计和高效电机，在同等工况下可节能8-15%。同时，通过加装消音器和优化壳体结构，工作噪音降低5-10分贝，改善工作环境。

D(Ce)型系列高速高压多级离心鼓风机：针对需要高压气体（3.5个大气压以上）的提纯环节，如高压反应釜的气体输送。采用高转速设计（通常超过10000转/分钟）和特殊材料制造，确保在高压下稳定运行。叶轮通常采用高强度合金钢或钛合金，轴系经过精密动平衡校正，振动值控制在极低范围。

AI(Ce)型系列单级悬臂加压风机：这是本文重点介绍的型号所属系列。采用单级叶轮和悬臂式结构，设计紧凑，维护方便。适用于中等流量、中等压力的铈提纯环节，如氧化焙烧的气体供应、部分分离工序的循环气体输送等。

S(Ce)型系列单级高速双支撑加压风机：采用单级叶轮和两端支撑的转子结构，运行更加平稳，适合高转速工况。主要用于需要高纯度气体输送的环节，如高纯铈制备过程中的惰性气体循环。

AII(Ce)型系列单级双支撑加压风机：在AI系列基础上改进，采用双支撑结构，提高了转子刚性和运行稳定性。适用于流量较大、对振动要求更严格的工艺环节。

2. 风机可输送的工业气体类型

铈提纯过程涉及多种工业气体，不同气体对风机材料、密封和结构有不同要求：

三、AI(Ce)1351-1.40型风机详细解析

1. 型号解读与基本参数

AI(Ce)1351-1.40型号含义解析：

该型号风机主要用于中等规模的铈提纯生产线，为浮选、氧化或分离工序提供稳定气源。其设计特点是在保证足够压力和流量的前提下，尽可能简化结构，降低制造成本和维护难度。

2. 结构特点与工作原理

AI(Ce)1351-1.40型风机为单级离心式，主要部件包括：

进气道：采用渐缩型设计，使气体平稳进入叶轮，减少流动损失。内壁光滑，减少摩擦阻力。针对铈提纯工艺可能存在的微量腐蚀性气体，进气道内壁涂有防腐涂层。

叶轮：是风机的核心做功部件。AI(Ce)1351-1.40采用后弯式叶片设计，这种设计效率高、工作稳定、噪音低。叶轮材料根据输送气体性质选择：输送空气时采用高强度铝合金；输送腐蚀性气体时采用不锈钢或钛合金。叶轮经过精密加工和动平衡测试，不平衡量控制在极低范围内，确保运行平稳。

蜗壳：收集从叶轮出来的气体，将动能部分转化为压力能。蜗壳设计采用对数螺旋线型，符合气体流动规律，减少涡流损失。蜗壳内壁同样需要根据输送气体性质进行防腐处理。

主轴与轴承系统：采用悬臂式结构，叶轮安装在主轴一端，另一端通过联轴器与电机连接。这种结构简化了风机设计，便于维护，但对轴承和轴的刚性要求较高。

密封系统：包括气封和油封，防止气体泄漏和润滑油进入气流。对于输送高纯度或危险性气体的场合，密封系统尤为重要。

3. 性能曲线与工作点选择

AI(Ce)1351-1.40型风机的性能通常用压力-流量曲线表示。曲线呈下降趋势，即流量增加时，出口压力降低。选择工作点时，需要根据铈提纯工艺的实际需要，确定所需的流量和压力，在性能曲线上找到对应点，确保风机在高效区工作（通常为最高效率点的±10%范围内）。

在实际应用中，由于工艺条件可能变化，风机往往需要调节。AI(Ce)1351-1.40型风机可通过以下方式调节：

4. 在铈提纯工艺中的应用

在轻稀土铈提纯过程中，AI(Ce)1351-1.40型风机主要应用于以下环节：

浮选工序：为浮选机提供均匀稳定的气流，产生大小适宜、分布均匀的气泡。气流大小直接影响矿物与气泡的附着效果，进而影响铈的回收率。AI(Ce)1351-1.40的压力和流量范围适合中型浮选机组的需要。

氧化焙烧：铈精矿常需要通过氧化焙烧改变矿物性质。该风机可为焙烧炉提供适量氧气，并保持炉内气氛稳定。1.40个大气压的压力足以克服炉内阻力和管道损失。

气体循环：在某些分离工艺中，需要将气体循环使用以提高利用率。AI(Ce)1351-1.40可为循环系统提供动力，保持气体流动。

四、风机关键配件详解

1. 风机主轴

主轴是传递动力的关键部件，承受叶轮的离心力、气体力以及自身的重力。AI(Ce)1351-1.40的主轴采用高强度合金钢（如42CrMo）锻造而成，经过调质处理，表面硬度达到HRC28-32，心部保持良好的韧性。主轴精度要求极高：径向跳动不超过0.01毫米，轴向窜动不超过0.02毫米。与轴承配合的轴颈部位经过磨削加工，表面粗糙度达到Ra0.4以下，确保与轴瓦良好配合。

2. 风机轴承与轴瓦

AI(Ce)1351-1.40采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，这是因为滑动轴承承载能力大、阻尼性能好、适合高速运转。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也能嵌入软质合金中，避免损伤轴颈。

轴瓦设计需要考虑润滑油的建立和维持。AI(Ce)1351-1.40的轴瓦设有油槽和油楔，在轴旋转时能将润滑油带入轴瓦与轴颈之间，形成稳定的油膜。油膜厚度通常为0.02-0.05毫米，完全隔离金属接触，实现液体摩擦。

3. 风机转子总成

转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等旋转部件的组合体。装配前，每个部件都经过单独平衡；装配后，整个转子总成需要进行动平衡测试。AI(Ce)1351-1.40要求转子总成在工作转速下的振动速度不超过2.8毫米/秒（ISO10816-3标准）。

平衡盘是转子总成中的重要部件，用于平衡叶轮产生的轴向力。AI(Ce)1351-1.40采用多级迷宫式平衡盘，通过气体泄漏产生反向压力，平衡大部分轴向力，剩余轴向力由推力轴承承受。

4. 气封与油封

气封：防止风机内高压气体向外界泄漏，或防止外界空气进入输送特殊气体的风机内部。AI(Ce)1351-1.40采用迷宫密封，利用多道曲折间隙增加气流阻力，减少泄漏。对于输送易燃易爆或有毒气体的场合，可能需要采用更高级的碳环密封或干气密封。

油封：防止润滑油从轴承箱泄漏。AI(Ce)1351-1.40采用骨架油封，由金属骨架和橡胶密封层组成。安装时需注意方向，唇口朝向油侧。对于高温或特殊介质环境，可能需要采用氟橡胶或聚四氟乙烯材质的油封。

5. 轴承箱

轴承箱是支撑转子、容纳轴承和润滑油的外壳。AI(Ce)1351-1.40的轴承箱为铸铁铸造，结构坚固，具有良好的减震性能。箱体设计有观察窗和油标，便于检查油位和油质。底部设有排油口，方便更换润滑油。

轴承箱的冷却通常采用自然冷却或水冷却。对于高温环境或高转速工况，可能需要在轴承箱外壁增加冷却水套，通过循环水带走热量，保持轴承温度在安全范围内（通常不超过70℃）。

6. 碳环密封

对于输送高纯度、高价值或危险气体的AI(Ce)1351-1.40风机，标准迷宫密封可能不足以满足要求，此时可选用碳环密封作为升级选项。碳环密封由多个碳环组成，每个碳环在弹簧力作用下与轴轻微接触，形成多级密封。碳材料具有自润滑性，即使与轴接触也不会造成严重磨损。

碳环密封的泄漏量可比迷宫密封降低一个数量级，达到每小时几升的标准。但碳环密封成本较高，安装和维护要求也更高，需要定期检查碳环磨损情况并及时更换。

五、风机维护与修理要点

1. 日常维护

运行监测：每日记录AI(Ce)1351-1.40的运行参数，包括进出口压力、流量、电流、电压、轴承温度、振动值等。异常变化往往是故障的前兆。

润滑管理：定期检查润滑油油位、油质。润滑油应清澈透明，无乳化、无杂质。一般每运行2000-4000小时或每6个月更换一次润滑油，以先到者为准。换油时需彻底清洗油箱。

密封检查：定期检查气封和油封的泄漏情况。少量泄漏是正常的，但如果泄漏量突然增加，需要安排检查更换。

振动监测：使用振动仪定期测量轴承座的振动值。振动增加可能表明转子不平衡、轴承磨损或对中不良。

2. 定期检修

小修（每运行4000-8000小时）：检查并紧固所有连接螺栓；检查联轴器对中情况；清洁风机内部和外部；检查密封件磨损情况，必要时更换；检查润滑油系统。

中修（每运行16000-24000小时）：包括小修所有内容；检查叶轮磨损和腐蚀情况，必要时进行修复或更换；检查轴瓦磨损情况，测量间隙，必要时刮研或更换；检查主轴轴颈磨损情况；清洁冷却系统。

大修（每运行48000小时或根据状态评估）：包括中修所有内容；将转子总成完全拆下，送专业厂家进行动平衡测试和修复；检查蜗壳腐蚀和磨损情况，必要时修复；检查基础螺栓和垫铁，重新找正风机；全面检查电气和控制系统。

3. 常见故障与处理

振动过大：可能原因包括转子不平衡、轴承磨损、对中不良、基础松动等。处理步骤：首先检查基础螺栓和地脚螺栓是否紧固；然后检查联轴器对中；如果问题仍未解决，需检查轴承间隙和转子平衡。

轴承温度过高：可能原因包括润滑油不足或变质、冷却系统故障、轴承间隙过小、负荷过大等。处理步骤：检查油位和油质；检查冷却水系统（如果有）；检查轴承间隙；检查系统阻力是否异常增加。

风量不足：可能原因包括过滤器堵塞、管道泄漏、叶轮磨损或积垢、转速下降等。处理步骤：检查过滤器和管道；清洁叶轮；检查电机转速和电压。

异常噪音：可能原因包括轴承损坏、叶轮与蜗壳摩擦、喘振等。处理步骤：根据噪音类型判断原因，停机检查相应部件。

4. 喘振防治

喘振是离心风机特有的危险工况，发生在流量过小、压力过高时。AI(Ce)1351-1.40在性能曲线左侧有一个喘振区，必须避免在此区域运行。防止喘振的措施包括：

5. 备件管理

为减少停机时间，应储备关键备件。对于AI(Ce)1351-1.40，建议储备以下备件：

六、输送工业气体的特殊考虑

当AI(Ce)1351-1.40用于输送除空气外的工业气体时，需特别注意以下问题：

1. 材料兼容性

不同气体对材料有不同要求：

2. 密封要求

输送高纯度或危险气体时，密封要求更高：

3. 安全措施

4. 性能调整

气体性质（密度、粘度、比热比）不同于空气时，风机性能会发生变化：

选择风机时，需根据实际输送气体的性质重新计算性能参数，确保选型正确。

七、选型与应用建议

1. AI(Ce)1351-1.40型风机选型要点

在为铈提纯工艺选择AI(Ce)1351-1.40型风机时，需考虑以下因素：

工艺要求：明确所需的流量范围、压力范围、气体性质、温度条件等。如果有波动范围，需确保风机在波动范围内也能稳定高效运行。

安装环境：考虑环境温度、海拔高度（影响空气密度）、湿度、腐蚀性环境等。特殊环境可能需要特殊材质或防护措施。

运行制度：连续运行还是间歇运行？负荷是否稳定？这些因素影响风机设计和材料选择。

能耗要求：考虑全生命周期成本，包括采购成本、运行能耗、维护费用。高效风机虽然初始投资高，但长期运行可能更经济。

2. 与其他设备的配套

AI(Ce)1351-1.40型风机在铈提纯工艺中通常不是孤立运行的，需要与其他设备良好配合：

与过滤器的配套：进气口前应安装适当精度的过滤器，防止灰尘和颗粒物进入风机，损坏叶轮和密封。

与消音器的配套：如果对噪音有严格要求，进出口可加装消音器，特别是出口消音器可降低气流噪音。

与冷却器的配套：如果气体压缩后温升过高，可能需要后冷却器，将气体冷却到工艺要求的温度。

与缓冲罐的配套：在脉冲负荷或需要稳定压力的场合，出口可加装缓冲罐，平抑压力波动。

3. 智能控制与远程监控

现代铈提纯工艺趋向自动化和智能化，AI(Ce)1351-1.40型风机也可配备智能控制系统：

变频控制：通过变频器调节电机转速，实现流量和压力的精确控制，同时节能效果显著。

状态监测系统：安装在线振动监测、温度监测、压力监测等传感器，实时掌握风机状态，实现预测性维护。

远程监控：通过工业物联网技术，将风机运行数据传输到中央控制室或手机APP，实现远程监控和故障诊断。

自动保护：设置过载保护、过温保护、喘振保护、油压保护等多重保护，确保风机安全运行。

八、结语

离心鼓风机作为轻稀土铈提纯工艺中的关键设备，其性能直接影响产品质量和生产效率。AI(Ce)1351-1.40型风机作为专门为铈提纯设计的单级悬臂加压风机，在中等流量和压力需求场合表现出色。通过深入理解其结构特点、工作原理、配件功能和维护要求，用户可以更好地选择、使用和维护这一设备，确保铈提纯工艺稳定高效运行。

随着稀土工业的发展和环保要求的提高，风机技术也在不断进步。未来，稀土提纯用风机将更加高效、智能、环保，为稀土工业的可持续发展提供有力支持。作为风机技术人员，我们需要不断学习新知识，掌握新技术，为铈提纯工艺提供更优质的风机解决方案。