轻稀土铈(Ce)提纯风机AI(Ce)678-2.27技术详解及应用指南

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土铈提纯、离心鼓风机、AI(Ce)678-2.27、风机配件、风机修理、工业气体输送

一、轻稀土铈提纯与离心鼓风机概述

轻稀土（铈组稀土）是我国战略性矿产资源，其提纯工艺对设备有着特殊要求。铈(Ce)作为轻稀土中含量最丰富的元素，在冶金、玻璃、陶瓷、催化剂等领域应用广泛。铈的提纯过程通常涉及焙烧、酸浸、萃取、结晶等多道工序，这些工序中需要大量使用离心鼓风机提供稳定气源，用于物料输送、氧化反应、气体保护及尾气处理等环节。

离心鼓风机在稀土提纯工艺中扮演着关键角色：一是提供稳定的气体压力和流量，确保化学反应过程可控；二是输送特殊工业气体，满足不同工艺阶段的保护或反应需求；三是实现节能环保，通过高效叶轮设计和密封技术减少气体泄漏和能源消耗。针对轻稀土铈提纯工艺的特点，风机行业开发了专用系列产品，包括“C(Ce)”型多级离心鼓风机、“CF(Ce)”型专用浮选离心鼓风机、“CJ(Ce)”型专用浮选离心鼓风机、“D(Ce)”型高速高压多级离心鼓风机、“AI(Ce)”型单级悬臂加压风机、“S(Ce)”型单级高速双支撑加压风机和“AII(Ce)”型单级双支撑加压风机等。

这些风机可输送的气体种类广泛，包括空气、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。不同气体对风机材质、密封和结构设计有不同要求，尤其是输送氧气时需要严格脱脂，输送氢气时需考虑防爆设计，而输送腐蚀性气体则需选用耐腐蚀材料。

二、AI(Ce)678-2.27型号风机技术解析

2.1 型号命名规则与参数含义

风机型号“AI(Ce)678-2.27”遵循统一的命名规范：“AI”表示AI系列单级悬臂加压风机；“(Ce)”表示专门适用于铈提纯工艺；“678”表示设计流量为每分钟678立方米；“-2.27”表示出风口压力为2.27个大气压。值得注意的是，如果型号中没有“/”符号，则表示进风口压力为标准大气压（1个大气压）。

该型号的设计基于铈提纯工艺的特定需求：流量参数678立方米每分钟是根据典型的铈提纯生产线气量需求确定的，能够满足中等规模生产线的气体供应；压力参数2.27个大气压则考虑了气体输送管道阻力、反应器压力要求及安全余量。与早期型号“AI(Ce)400-1.3”相比，流量提升了近70%，压力提升了74.6%，体现了铈提纯工艺向大规模、高效率方向发展的趋势。

2.2 结构特点与工作原理

AI(Ce)678-2.27采用单级悬臂式结构，这种设计具有结构简单、维护方便、占地面积小等优点。其主要由进气室、叶轮、蜗壳、主轴、轴承系统、密封系统和驱动装置等部分组成。

工作原理基于离心力原理：当电机驱动叶轮高速旋转时，气体从轴向进入叶轮，在叶片的作用下获得动能和压力能，随后进入蜗壳将部分动能转化为压力能，最终从出风口排出。对于AI(Ce)678-2.27，其叶轮采用后弯式设计，效率可达85%以上，同时采用三元流理论进行叶片造型，进一步优化了气流分布，减少了涡流损失。

该风机在设计时特别考虑了铈提纯工艺中可能遇到的气体特性变化：当输送含有微量酸性成分的工业烟气时，叶轮和蜗壳采用不锈钢材质或进行防腐涂层处理；当输送氧气时，所有接触气体的部件均进行严格脱脂处理；当用于氢气输送时，电气部件采用防爆设计，并设置氢气泄漏检测装置。

2.3 性能曲线与运行范围

AI(Ce)678-2.27的性能曲线反映了流量、压力、功率和效率之间的关系。在标准进气条件下（温度20°C，相对湿度50%，大气压力101.3kPa），该风机能够在流量550-750立方米每分钟范围内稳定运行，最佳效率点位于678立方米每分钟附近。

当实际运行条件偏离设计条件时，需进行参数换算：气体密度变化时，风机压力与密度成正比，功率与密度成正比；气体温度变化时，需考虑热膨胀对间隙的影响；海拔高度变化时，大气压力变化会影响进气密度和出口压力。

对于铈提纯工艺，风机常需要在变工况下运行，因此AI(Ce)678-2.27设计了较宽的稳定工作区，避免进入喘振区。喘振是离心风机在低流量、高压差时发生的流量周期性振荡现象，会严重影响风机寿命和系统稳定性。该型号通过优化叶轮设计和设置防喘振阀来扩大稳定运行范围。

三、关键配件详解

3.1 风机主轴

主轴是风机的核心承载部件，AI(Ce)678-2.27的主轴采用42CrMo合金钢锻造而成，经调质处理获得良好的综合机械性能。主轴的设计充分考虑了临界转速问题：一阶临界转速远高于工作转速的1.3倍，避免共振发生。主轴与叶轮的配合采用过盈配合加键连接的双重固定方式，确保在高速旋转下不会松动。主轴表面粗糙度要求达到Ra0.8以下，与轴承接触的部位进行高频淬火，硬度达到HRC50-55，提高耐磨性。

3.2 风机轴承与轴瓦

AI(Ce)678-2.27采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，这是因为滑动轴承具有承载能力大、阻尼性能好、寿命长等优点，更适合高速重载场合。轴瓦材料为巴氏合金（锡锑铜合金），厚度约3-5毫米，浇铸在钢背上。巴氏合金具有良好的嵌入性和顺应性，当有微小硬颗粒进入轴承时，可嵌入合金中，避免刮伤主轴。

轴瓦与主轴的间隙设计是关键参数：间隙过小会导致润滑不良和过热；间隙过大会引起振动和噪声。对于该型号，直径间隙通常控制在主轴直径的千分之一到千分之一点五之间。润滑系统采用强制供油方式，油压保持在0.1-0.15MPa，确保形成完整的油膜。

3.3 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。叶轮是核心部件，AI(Ce)678-2.27的叶轮采用高强度铝合金或不锈钢制造，经过五轴数控加工中心精密加工，确保叶片型线准确。叶轮组装后需进行动平衡校正，平衡精度达到G2.5级，残余不平衡量小于1g·mm/kg。

平衡盘设计在叶轮背面，用于平衡部分轴向力，减少推力轴承负荷。联轴器采用弹性膜片式联轴器，可补偿少量轴向、径向和角向偏差，同时传递扭矩。整个转子总成组装后，需在试验台上进行超速试验，试验转速为设计转速的115%，持续运转2小时，确保无异常。

3.4 密封系统：气封、油封与碳环密封

密封系统是防止气体泄漏和润滑油外泄的关键。AI(Ce)678-2.27采用多级密封组合设计：

气封（迷宫密封）：位于叶轮进气侧和出气侧，由一系列环形齿和槽组成，气体通过迷宫时产生多次节流膨胀，压力降低，从而减少泄漏。迷宫密封间隙一般控制在0.3-0.5毫米，间隙过大会增加泄漏，过小可能引起摩擦。

油封：用于防止润滑油从轴承箱泄漏。采用双唇骨架油封，主唇口防止润滑油外泄，副唇口防止外部灰尘进入。油封材质通常为氟橡胶，耐温可达200°C，耐润滑油性能好。

碳环密封：是AI(Ce)678-2.27的特色设计，主要用于高压差部位的密封。碳环由多个石墨环组成，靠弹簧力紧贴主轴表面，形成动态密封。碳环具有自润滑性，即使与主轴接触也不会产生过多热量和磨损。当输送易燃易爆气体如氢气时，碳环密封可有效防止泄漏，安全性高。

3.5 轴承箱

轴承箱是容纳轴承和润滑系统的壳体，为铸铁或铸钢件。设计时考虑了足够的刚性，避免在受力下变形影响轴承对中。轴承箱内部设有油槽和导油板，确保润滑油能均匀分布到轴瓦表面。轴承箱与机壳之间设有隔热层，减少机壳高温对轴承温度的影响。

四、风机维护与修理

4.1 日常维护要点

AI(Ce)678-2.27的日常维护是保证长期稳定运行的基础，主要包括：

振动监测：每日记录风机轴承部位的振动值，水平、垂直和轴向振动速度均应小于4.5mm/s。振动突然增大往往是故障前兆，可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承磨损或松动等。

温度监测：轴承温度应控制在65°C以下，润滑油回油温度应低于60°C。温度异常升高可能是润滑不良、冷却不足或过载的表现。

润滑系统检查：确保润滑油位在视窗中线位置，油压稳定在规定范围。每三个月取样化验润滑油，检测粘度、酸值和水分。当粘度变化超过初始值的15%或酸值超过0.5mgKOH/g时应换油。

密封检查：定期检查各密封点有无泄漏，特别是碳环密封处。轻微泄漏是正常的，但如果泄漏量明显增大，可能需要调整或更换密封件。

4.2 常见故障诊断与处理

振动过大：首先检查地脚螺栓是否松动，然后检查联轴器对中情况。如果对中良好，可能原因是转子积灰或磨损导致不平衡，需停车清理或做动平衡校正。如果振动频率与转速频率相同，多为不平衡问题；如果为转速频率的两倍，可能为对中不良；如果为高频振动，可能为轴承故障。

轴承温度高：检查润滑油供应是否充足，油质是否合格。如果润滑系统正常，可能是轴承间隙过小或轴瓦刮研不良。对于新安装或大修后的风机，轴承温度偏高可能是磨合期的正常现象，但如持续升高需停机检查。

风量风压不足：检查进气过滤器是否堵塞，系统阻力是否增加。如果进气正常，可能是叶轮磨损导致效率下降，或密封间隙过大导致内泄漏增加。测量风机实际性能并与设计曲线对比，判断性能下降程度。

异常噪声：如果出现周期性的“呜呜”声，可能是喘振前兆，需检查系统阻力并适当增加风量。如果出现金属摩擦声，可能为转子与静止件接触，需立即停机检查间隙。

4.3 大修流程与注意事项

AI(Ce)678-2.27一般运行2-3年或20000小时后需进行大修，大修主要内容包括：

解体检查：按顺序拆卸联轴器、轴承箱上盖、转子总成等部件。记录所有配合间隙数据，包括轴承间隙、密封间隙、叶轮与蜗壳间隙等，作为装配参考。

转子检修：清洗叶轮，检查叶片有无磨损、裂纹。如果叶片磨损超过原厚度的1/3或出现裂纹，需更换叶轮。检查主轴有无弯曲、磨损，主轴直线度偏差应小于0.02mm，轴颈圆度偏差应小于0.01mm。

轴承与轴瓦检修：检查轴瓦巴氏合金有无脱落、裂纹、磨损。如果轴瓦磨损超过原厚度的1/3或有严重划痕，需重新浇铸加工。重新刮研轴瓦，确保接触面积达到70%以上，接触点分布均匀。

密封更换：所有密封件在大修时均应更换新件。安装迷宫密封时注意调整间隙，确保均匀。安装碳环密封时注意弹簧压力均匀，碳环在环槽中能自由浮动但不能卡涩。

装配与对中：按拆卸的相反顺序装配，所有螺栓按规定的扭矩和顺序紧固。转子装配后复测跳动，叶轮口环径向跳动应小于0.05mm，轴向跳动应小于0.10mm。最后进行对中，联轴器径向偏差应小于0.05mm，角度偏差应小于0.05mm/100mm。

试运行：大修后先进行空载试运行2小时，检查振动、温度、噪声是否正常。然后逐步加载至额定工况，观察各项参数。试运行期间特别注意有无异常振动和温升。

五、工业气体输送的特殊考虑

5.1 不同气体的输送要求

AI(Ce)678-2.27在铈提纯工艺中可能输送多种工业气体，每种气体都有特殊要求：

氧气输送：氧气的强氧化性要求所有接触气体的部件彻底脱脂，因为油脂在高压氧气中可能自燃。通常采用碱性清洗剂清洗后，用无油压缩空气吹干。密封材料需选用不易氧化的材质，如聚四氟乙烯或特殊橡胶。

氢气输送：氢气分子小，极易泄漏，且易燃易爆。除了采用碳环密封等高效密封外，还需设置氢气泄漏检测报警系统。风机房需有良好通风，电气设备采用防爆型。启动前需用氮气置换系统内的空气，防止形成爆炸性混合气体。

腐蚀性气体输送：如含有酸性成分的工业烟气，风机过流部件需采用耐腐蚀材料，如316L不锈钢或进行防腐涂层处理。密封材料也需耐腐蚀，通常选用氟橡胶或聚四氟乙烯。

惰性气体输送：如氮气、氩气，虽然化学性质稳定，但可能含有微量杂质，长期运行会在叶轮上沉积，影响平衡。需定期检查清洗，并设置过滤器除去杂质。

5.2 安全防护措施

工业气体输送的安全至关重要，AI(Ce)678-2.27在设计和使用中采取多重安全措施：

超压保护：出风口设置安全阀，当压力超过设定值1.1倍时自动开启泄压。也可设置压力传感器与控制系统联动，超压时自动降低转速或停机。

超温保护：轴承和电机设置温度传感器，温度超过设定值时报警并连锁停机。

振动保护：振动传感器实时监测振动值，振动超标时报警并连锁停机。

气体检测：对于易燃易爆或有毒气体，在风机房和可能泄漏的区域设置气体浓度检测器，浓度超标时报警并启动排风系统。

防火防爆：对于可能输送易燃气体的风机，所有可能产生火花的部件需采取防爆措施。风机房配备足够的灭火器材，并有明确的应急预案。

5.3 节能优化措施

在铈提纯工艺中，风机能耗占总能耗的相当比例，因此节能优化具有重要意义：

变频调速：根据工艺需求调节风机转速，避免节流损失。当流量需求降低时，转速下降，功率消耗按转速的三次方比例下降，节能效果显著。

系统优化：优化管道布局，减少不必要的弯头、阀门，降低系统阻力。定期清洗过滤器，保持进气通畅。

热能回收：对于压缩后温度升高的气体，如工艺允许，可通过换热器回收部分热能，用于预热进气或其他工艺需求。

定期维护：保持风机在最佳状态运行，叶轮清洁，密封良好，间隙合适，可提高效率3-5%。

六、选型与应用建议

6.1 选型原则

为铈提纯工艺选择风机时，需综合考虑以下因素：

工艺要求：明确所需气体的种类、流量、压力、温度等参数。流量和压力应有一定余量，通常为设计值的1.1-1.2倍，但不宜过大，否则会降低运行效率。

气体性质：考虑气体的密度、粘度、腐蚀性、爆炸性等，选择合适材质和密封形式。

安装环境：考虑环境温度、海拔、湿度等，这些因素会影响风机实际性能。

运行制度：考虑是连续运行还是间歇运行，这会影响轴承和密封的选择。

维护便利：考虑现场维护条件，选择易于维护的结构和通用性强的备件。

6.2 AI(Ce)678-2.27的应用场景

该型号风机特别适用于中等规模的铈提纯生产线，主要应用场景包括：

氧化焙烧工序：为焙烧炉提供助燃空气或氧气，控制氧化反应速率和程度。风机压力和流量需根据炉型和工艺曲线精确匹配。

气体保护工序：在铈的某些提纯阶段需要惰性气体保护，防止产品氧化。氮气或氩气通过风机输送至反应器，形成保护气氛。

尾气处理系统：输送含有酸性成分的尾气至吸收塔进行处理。风机需耐腐蚀，并考虑可能的结露问题。

物料输送：利用气流输送铈精矿或中间产品，风机需提供稳定压力和流量，避免物料沉积。

6.3 未来发展趋势

随着稀土提纯技术的进步，对风机的要求也在不断提高：

智能化：集成传感器和控制系统，实现状态监测、故障预警和自适应调节。

高效化：采用更先进的气动设计和制造工艺，效率有望突破90%。

材料创新：开发更耐腐蚀、耐高温的新材料，延长风机寿命。

模块化设计：便于快速更换和升级，减少停机时间。

环保友好：进一步降低噪声和泄漏，减少对环境的影响。

结语

AI(Ce)678-2.27作为专门为轻稀土铈提纯工艺开发的离心鼓风机，其设计充分考虑了铈提纯工艺的特殊需求，在流量、压力、材质、密封等方面进行了针对性优化。正确的选型、安装、维护和使用是保证风机长期稳定运行的关键，而深入理解其结构原理和性能特点则是进行科学管理的基础。

随着我国稀土产业的持续发展和技术进步，对提纯设备的要求将越来越高。作为风机技术人员，我们应不断学习新技术，积累实践经验，为稀土工业提供更可靠、高效、智能的风机解决方案，助力我国稀土产业的高质量发展。