轻稀土铈(Ce)提纯风机AI(Ce)1772-1.81基础知识详解

作者：王军（139-7298-9387）

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一、轻稀土提纯工艺与风机需求概述

稀土元素作为现代工业的“维生素”，在新能源、电子信息、国防军工等领域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)是最丰富且应用广泛的轻稀土元素。铈的提纯工艺通常包括采矿、破碎、研磨、浮选、浸出、萃取、沉淀、焙烧等多个环节，每个环节对气体输送设备都有特定要求。

在铈的浮选分离阶段，需要稳定、可控的气体供应来维持浮选槽内的气泡生成和矿物分离；在萃取和沉淀工序中，需要输送惰性气体保护反应环境；在焙烧工序中，需要高温高压气体参与化学反应。这些工艺环节对鼓风机提出了耐腐蚀、耐高温、密封性好、压力稳定、流量可调等严格要求。AI(Ce)系列风机正是为满足这些特殊工况而设计的专用设备。

二、AI(Ce)系列风机技术特点与型号解读

2.1 AI(Ce)系列风机设计理念

AI(Ce)型系列属于单级悬臂加压风机，其设计充分考虑了稀土提纯工艺的特殊性。悬臂式设计使得转子只有一端有轴承支撑，另一端悬空，这种结构简化了风机入口设计，减少了气体流动阻力，特别适合需要直接从反应容器抽取或向容器输送气体的工况。加压能力通过高效的叶轮设计和精确的转速控制实现，能够在单级压缩下达到较高的压力比。

该系列风机采用模块化设计，主要部件包括：进气室、叶轮、蜗壳、主轴、轴承系统、密封系统、齿轮箱（如需增速）和驱动装置。叶轮通常采用后弯叶片设计，效率高、工作范围宽，且稳定性好。材质方面，根据输送气体性质可选择普通碳钢、不锈钢（304、316、316L）、双相钢、钛合金或特殊涂层处理。

2.2 风机型号AI(Ce)1772-1.81全面解析

以AI(Ce)1772-1.81型号为例，这是专为铈提纯工艺中段分离工序设计的核心设备。

“AI” 表示该风机属于AI系列单级悬臂加压风机，这是专为化工和冶金行业连续生产工艺设计的紧凑型风机。悬臂结构减少了密封点和潜在的泄漏路径，提高了系统可靠性。

“(Ce)” 表明这是针对铈提纯工艺优化的专用型号，其内部流道设计、材质选择和密封配置都针对铈生产过程中常见的气体成分和工况进行了特别优化。例如，叶轮和蜗壳可能采用更耐氟化物腐蚀的材质，因为铈分离过程中可能涉及氢氟酸环境。

“1772” 代表风机在标准工况下的流量为每分钟1772立方米。这个流量值是经过大量工艺实验确定的，能够匹配中等规模铈提纯生产线的气体需求。需要特别注意的是，这个流量是基于进口状态为1个大气压、20℃、相对湿度50%的标准空气条件。实际使用中，如果输送气体密度不同，实际质量流量会变化，但容积流量基本保持不变。流量调节可通过变频调速、进口导叶调节或出口节流等方式实现。

“-1.81” 表示风机出口绝对压力为1.81个大气压（表压约为0.81公斤/平方厘米）。这里的压力标注方式很重要：如果没有“/”符号，表示进气压力为标准大气压（1.013bar）；如果标注为“1.81/1.05”等形式，则斜杠前为出口压力，斜杠后为进口压力。1.81个大气压的出口压力足以克服后续工艺设备阻力，同时为气体参与化学反应提供适当压力环境。

该型号风机通常匹配的驱动电机功率在250-315kW之间，具体取决于系统效率和备用系数。转速根据叶轮直径和压力需求设计，通常在2900-9800rpm范围内。对于较高转速需求，会配备增速齿轮箱，将电机转速提升至叶轮所需工作转速。

三、AI(Ce)1772-1.81关键配件详解

3.1 风机主轴系统

主轴是离心鼓风机的核心承力部件，AI(Ce)1772-1.81的主轴采用42CrMoA合金钢整体锻造，经调质处理获得芯部韧性和表面硬度的最佳结合。主轴的设计不仅要考虑扭矩和弯矩的传递，还要考虑临界转速的规避。设计时遵循一阶临界转速高于工作转速百分之二十的安全准则，防止共振发生。主轴的加工精度要求极高，轴承和密封处的轴颈部位粗糙度要求达到Ra0.4以下，同轴度误差不超过0.01毫米。

主轴上安装叶轮的部位通常设计成锥度配合或过盈配合，确保在高速旋转下叶轮不会松动。对于悬臂式风机，叶轮重心到最近轴承的距离与叶轮直径的比值（悬臂比）是决定转子稳定性的关键参数，AI(Ce)系列将此比值控制在2.8-3.2之间，在紧凑性和稳定性间取得平衡。

3.2 风机轴承与轴瓦

AI(Ce)1772-1.81采用滑动轴承而非滚动轴承，这是由稀土提纯工艺的连续运行特性决定的。滑动轴承承载能力大、阻尼特性好、寿命长，特别适合24小时不间断运行工况。

轴瓦是滑动轴承的核心部件，采用剖分式结构便于安装维护。轴瓦基材为低碳钢，内表面浇铸巴氏合金（锡锑铜合金）。巴氏合金层厚度通常为1-3毫米，具有良好的嵌入性和顺应性，能在少量杂质进入润滑油时保护轴颈不被拉伤。轴瓦与轴颈的配合间隙经过精确计算，一般控制在轴颈直径的千分之一点二到千分之一点八之间。间隙过小会导致润滑不良和温升过高，间隙过大会引起振动超标。

轴瓦设计中的油槽和油孔布局至关重要，必须确保在轴旋转时能形成完整的动压油膜。动压油膜的形成原理基于流体动压润滑理论：当轴旋转时，润滑油从大口隙区被带入小间隙区，产生压力将轴抬起，实现非接触式旋转。油膜压力分布近似呈抛物线形，最大压力点位于轴瓦中心偏出口侧。

3.3 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。AI(Ce)1772-1.81的叶轮采用三元流设计，即考虑气流在轴向、径向和周向三个方向的流动，通过计算流体动力学(CFD)模拟优化叶片型线。叶轮材质根据输送气体选择：对于空气和惰性气体，可采用16MnR低合金钢；对于含腐蚀性成分气体，采用304L或316L不锈钢；对于含氯离子环境，需采用双相钢2205或2507。

动平衡是转子装配的关键工序，要求达到G2.5平衡等级（ISO1940标准），即转子重心偏移量不超过2.5微米。平衡校正通过在主盘或叶轮特定部位去除材料实现。对于悬臂转子，需进行两次平衡：第一次是叶轮单独平衡，第二次是转子整体平衡。

3.4 密封系统：气封与碳环密封

稀土提纯风机对密封要求极高，既要防止工艺气体外泄污染环境，也要防止空气渗入影响工艺过程。

气封（迷宫密封）是离心风机最常用的非接触式密封，由一系列环形齿和齿槽组成。当气体通过狭窄的齿隙时，速度增加压力降低，多次节流后压力接近大气压，实现密封。AI(Ce)1772-1.81的气封间隙设计为径向0.2-0.4毫米，轴向齿间距6-10毫米。材质通常为铝青铜或不锈钢，与轴套形成“软硬配对”，意外接触时优先磨损密封齿而非轴。

碳环密封是接触式密封的一种，由多个碳环组成，靠弹簧力抱紧在轴上。碳材料具有自润滑性，摩擦系数低，且能在高温下工作。AI(Ce)1772-1-81在轴承箱部位采用碳环密封防止润滑油泄漏。碳环密封的优点是零泄漏，但会产生摩擦热，需要冷却。碳环与轴的间隙仅0.03-0.05毫米，对轴表面的粗糙度和硬度要求极高。

油封主要用于轴承箱端部，防止润滑油外泄。通常采用唇形密封圈，内径比轴颈略小，依靠唇口的弹性变形实现密封。油封材质一般为氟橡胶(FKM)或聚四氟乙烯(PTFE)，耐温范围-20℃至200℃。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱不仅支撑轴承，还构成润滑油循环的空间。AI(Ce)1772-1.81的轴承箱为铸铁件，内部有导油槽和回油孔，确保润滑油能覆盖所有摩擦表面后顺利返回油箱。轴承箱设计有观察窗和温度计插孔，便于日常检查。

润滑系统采用强制循环方式，由主油泵、备用油泵、油冷却器、滤油器和油箱组成。润滑油选择ISO VG46透平油，粘度适中，抗氧化性强。油压维持在0.15-0.25MPa之间，油温控制在35-45℃最佳工作范围。油系统配备双联滤油器，可在不停机情况下切换清洗。

四、稀土提纯工艺配套风机系列简介

4.1 C(Ce)型多级离心鼓风机

C(Ce)型系列采用多级压缩方式，每级叶轮串联在同一轴上，气体逐级增压。这种结构适合中等流量、较高压力的工况，如铈的焙烧工序需要1.5-3.0bar压力。多级风机效率高，但结构复杂，对轴向力平衡要求高。轴向力通过平衡盘和平衡管系统抵消，剩余轴向力由推力轴承承担。

4.2 CF(Ce)与CJ(Ce)专用浮选鼓风机

浮选工序是铈分离的关键环节，需要大量微细气泡使矿物颗粒选择性附着。CF(Ce)型风机专为浮选槽底部充气设计，特点是压力稳定、气泡尺寸均匀。CJ(Ce)型则用于浮选药剂雾化输送，流量小但调节精度要求高。两种风机都强调耐腐蚀设计，因为浮选药剂通常呈酸性或碱性。

4.3 D(Ce)型高速高压多级离心鼓风机

当工艺需要更高压力时（如超临界萃取），D(Ce)型风机成为首选。该系列采用齿轮箱增速，叶轮转速可达15000-30000rpm，单级压力比高达2.0以上。高速设计带来紧凑结构，但对动平衡和轴承要求极高，通常采用可倾瓦轴承控制油膜振荡。

4.4 S(Ce)与AII(Ce)型加压风机

S(Ce)型为单级高速双支撑风机，转子两端都有轴承支撑，稳定性优于悬臂式，适合大流量工况。AII(Ce)型同样是双支撑，但转速较低，结构更坚固耐用。双支撑风机轴较长，需要考虑热膨胀对中对中的影响，通常一端轴承固定，另一端允许轴向浮动。

五、工业气体输送的风机选材与设计要点

5.1 不同气体的特性与风机适配

氧气(O₂)：助燃性强，要求风机绝对禁油。所有与氧气接触的部件需脱脂处理，采用铜基合金或不锈钢材质，避免使用含碳材料。密封必须严密，防止油脂渗入。轴承箱与气腔之间增加氮气吹扫，形成隔离气幕。

氢气(H₂)：密度小（仅为空气的1/14），分子易泄漏。风机设计重点在密封系统，通常采用干气密封或组合密封。氢气的绝热指数高，压缩时温升明显，需要加强冷却。叶轮需考虑高速下的强度问题。

二氧化碳(CO₂)：高压下可能液化，设计中要确保最低工作压力高于该温度下的饱和蒸汽压。CO₂含水时呈酸性，需选用耐酸材质。压缩后的CO₂温度需保持在临界温度31℃以上，防止相变。

惰性气体(He、Ne、Ar)：化学性质稳定，材质选择主要考虑机械强度。但氦气分子极小，泄漏率是空气的2.7倍，密封间隙需特别控制。氩气密度大，相同转速下压力输出高，但功率消耗也大。

工业烟气：成分复杂，常含粉尘、硫化物、氯化物等。需在进口加装过滤器，材质选用耐蚀合金，流道设计避免积灰。考虑温差引起的热应力，壳体设置膨胀节。

5.2 气体性质对性能的影响修正

当输送气体与空气不同时，风机性能需按相似定律修正：

体积流量基本不变：Q气体 ≈ Q空气

压力与气体密度成正比：P气体 / P空气 = ρ气体 / ρ空气

功率与气体密度成正比：N气体 / N空气 = ρ气体 / ρ空气

其中密度比可通过气体状态方程计算，考虑实际温度和压力下的压缩因子。

例如，输送二氧化碳时（分子量44），在相同温度压力下密度约为空气（分子量29）的1.52倍。若风机标定空气工况下压力为1.81bar，则输送二氧化碳时压力可达约2.75bar，同时功率也增至1.52倍。实际选型时，还需考虑气体绝热指数变化对温升的影响。

六、AI(Ce)1772-1.81风机维护与修理规范

6.1 日常巡检与预防性维护

每日检查项目包括：振动值（应小于4.5mm/s RMS）、轴承温度（应低于75℃）、油位油压油温、密封气压力、异常声响等。每周检查润滑油品质，每月检查滤芯压差，每季度分析振动频谱趋势。

振动监测是预防故障的关键手段。通过频谱分析可识别不平衡（1倍频突出）、不对中（2倍频突出）、轴承故障（高频冲击）、气动激振（叶片通过频率）等问题。建议安装在线监测系统，实时跟踪振动变化。

6.2 常见故障诊断与处理

振动超标：首先检查对中情况，联轴器对中要求径向偏差小于0.05mm，角度偏差小于0.05mm/m。其次检查地基螺栓是否松动，管道应力是否过大。最后考虑转子结垢不平衡，需停机清洗。

轴承温度高：检查润滑油品质、油路是否畅通、冷却水是否正常。轴瓦磨损间隙过大也会导致油膜不稳定而发热。必要时检查轴承接触面积，要求不小于百分之七十。

压力波动：可能原因包括进口过滤器堵塞、管网泄漏、喘振接近或控制系统故障。喘振是离心风机最危险的工况，发生时气流倒流，振动剧烈。防喘振措施包括设置放空阀、控制最小流量、采用可调导叶等。

气量不足：检查密封间隙是否过大，叶轮是否磨损腐蚀，转速是否达标。对于变频驱动，检查频率输出是否准确。

6.3 大修流程与技术要点

风机大修周期通常为2-3年或24000运行小时。大修基本流程如下：

第一步：解体前测量记录原始数据，包括对中数据、间隙数据、部件相对位置标记。断电、隔离、置换气体确保安全。

第二步：拆卸联轴器护罩、管道连接件、仪表探头。吊移电机和齿轮箱（如有）。注意保护所有配合面。

第三步：打开轴承箱上盖，测量轴瓦间隙和紧力。间隙测量采用压铅法，在轴颈上放置软铅丝，装回上盖螺栓适度紧固后拆开，测量铅丝厚度即为间隙。紧力指上瓦背与轴承盖的过盈量，保证瓦背贴实。

第四步：拆卸密封部件，注意碳环等易损件按顺序摆放。使用专用拉马拆卸叶轮，避免敲击损伤轴颈。检查叶轮叶片磨损情况，测量口环间隙。

第五步：全面清洗所有部件，检查主轴有无裂纹（磁粉探伤）、弯曲（全跳动应小于0.02mm）。叶轮进行无损检测，动平衡校验。壳体检查腐蚀和裂纹。

第六步：回装按照相反顺序进行。所有间隙调整至标准值：气封径向间隙0.25-0.35mm，叶轮口环间隙0.40-0.60mm（直径每100mm增加0.10mm），轴瓦顶部间隙0.15-0.20mm（轴颈直径的千分之一点二至一点五）。

第七步：单机试车前，手动盘车确认无卡阻。先点动检查转向，然后空载运行2小时，监测振动、温度。逐步加载至设计工况，性能测试。

6.4 配件储备与管理

关键备件应建立安全库存：轴瓦全套、碳环密封组件、气封环、油封、联轴器弹性件、过滤芯等。叶轮和主轴虽为长周期件，但考虑到交货期，也应评估储备必要性。

配件管理实行编码制度，每个配件有唯一身份编码，记录使用部位、安装日期、运行小时、更换原因等信息。建立配件寿命数据库，为预测性维护提供依据。

七、结语

AI(Ce)1772-1.81风机作为轻稀土铈提纯工艺的关键设备，其稳定运行直接关系到产品质量和生产效率。深入理解风机的工作原理、结构特点和维护要求，是确保设备长期可靠运行的基础。随着稀土提纯工艺向精细化、自动化发展，对风机的要求也将不断提高。未来，智能监测、状态维修、性能优化将成为风机技术发展的主要方向。

在实际应用中，建议建立完善的风机档案，包括出厂数据、安装记录、运行日志、维修历史、性能测试报告等。同时加强操作和维护人员的专业培训，使其不仅会操作，更能理解设备工作原理，具备初步故障判断能力。只有设备、人员和管理三方面协同，才能最大化发挥AI(Ce)系列风机在稀土提纯中的效能，为我国稀土产业的升级发展提供坚实保障。