轻稀土铈(Ce)提纯风机基础知识与应用解析:以AI(Ce)805-1.64型离心鼓风机为例

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈(Ce)提纯风机、AI(Ce)805-1.64、离心鼓风机配件、风机维修、工业气体输送

引言：轻稀土提纯工艺与风机的重要性

稀土元素作为现代工业的“维生素”，在新能源、航空航天、电子信息等高科技领域具有不可替代的作用。轻稀土（铈组稀土）主要包括镧、铈、镨、钕等元素，其中铈(Ce)是最丰富的轻稀土元素，广泛应用于抛光材料、储氢材料、催化转化器等领域。在铈的提纯工艺中，从矿石破碎、浮选、浸出到分离提纯的各个环节，都需要特定的气体输送设备提供动力支持。离心鼓风机作为核心动力设备，在提供稳定气流、维持反应压力、输送工艺气体等方面发挥着关键作用。

我国稀土资源丰富，但提纯技术水平和设备可靠性直接影响最终产品的纯度和经济效益。因此，深入了解适用于稀土提纯的专用离心鼓风机技术，对提高提纯效率、降低能耗和保障生产安全具有重要意义。

一、稀土提纯用离心鼓风机系列概述

根据稀土提纯工艺的不同环节和气体输送要求，国内已开发出多系列专用离心鼓风机产品，主要包括：

“C(Ce)”型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联结构，适用于需要较高压比但流量相对稳定的工艺环节，如稀土分离塔的气体循环系统。该系列风机通过增加级数提高出口压力，每级叶轮对气体做功，气体经导流器进入下一级，最终达到所需压力。

“CF(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门针对稀土浮选工艺设计，注重流量调节范围和抗堵塞性能。浮选工艺中需要将空气分散成微小气泡，风机需提供稳定且可调节的气流，同时应对可能吸入的矿浆雾滴。

“CJ(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机：在CF系列基础上的改进型号，优化了气动设计和材料选择，提高了在腐蚀性环境下的使用寿命。

“D(Ce)”型系列高速高压多级离心鼓风机：采用高速直驱电机或齿轮箱增速，适用于需要高压输送的工艺环节，如高压浸出或高压气体输送。转速可达每分钟数万转，单级压比高，结构紧凑。

“AI(Ce)”型系列单级悬臂加压风机：结构简单、维护方便，适用于中等流量和压力的工艺环节。悬臂设计避免了双支撑结构的复杂性，适合空间有限的安装环境。

“S(Ce)”型系列单级高速双支撑加压风机：高速设计配合双支撑结构，运行平稳、振动小，适用于对振动敏感的精炼环节。

“AII(Ce)”型系列单级双支撑加压风机：兼顾了单级结构的简洁性和双支撑的稳定性，是中压工艺环节的常用选择。

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。气体性质差异直接影响风机的材料选择、密封方式和运行参数。

二、AI(Ce)805-1.64型单级悬臂加压风机详解

2.1 型号解读与技术参数

AI(Ce)805-1.64型号解析：“AI”表示AI系列单级悬臂加压风机；“Ce”表示适用于铈提纯工艺或进行了相应材料适配；“805”表示设计流量为每分钟805立方米；“-1.64”表示出风口压力为1.64个大气压（表压约为0.64kgf/cm²）。根据命名规则，由于型号中没有“/”符号，表示进风口压力为标准大气压（1个大气压）。

该型号风机的主要技术特点：

2.2 结构特点与工作原理

AI(Ce)805-1.64采用单级悬臂式结构，主要部件包括：进气室、叶轮、蜗壳、主轴、轴承箱和密封系统。气体从轴向进入进气室，经导流后进入高速旋转的叶轮，在离心力作用下获得动能和压力能，最后通过蜗壳将动能部分转化为压力能后排出。

悬臂设计的优点在于：1) 转子组件可从驱动端整体拆装，维护方便；2) 只有一端轴承箱，结构简单；3) 避免了介质侧轴承的腐蚀问题。但也存在挑战：悬臂结构对转子动力学设计提出更高要求，需精确计算临界转速，避免工作转速接近临界转速引起共振。

叶轮作为核心部件，采用后弯式叶片设计，效率较高且性能曲线较平坦，有利于工况调节。材料选择需考虑输送介质的腐蚀性：输送空气时可采用优质碳钢；输送含酸性成分的工业烟气时需采用不锈钢甚至更高级别的耐腐蚀材料。

2.3 在铈提纯工艺中的应用定位

在轻稀土铈提纯工艺流程中，AI(Ce)805-1.64型风机主要应用于：

该型号风机的中等流量和压力特性使其成为许多提纯环节的“通用型”选择，特别适合中型稀土提纯企业的需求。

三、风机关键配件详解

3.1 主轴与转子总成

主轴是传递扭矩和支撑旋转部件的核心零件。AI(Ce)805-1.64的主轴采用高强度合金钢（如42CrMo）整体锻造，调质处理后具有优良的综合机械性能。主轴设计需满足：1) 足够的强度和刚度，保证工作转速下安全运行；2) 精确的尺寸公差和形位公差，确保动平衡精度；3) 轴颈部位表面硬度高且耐磨，通常通过表面淬火或镀层处理实现。

转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘（如有）、联轴器等旋转部件的组合体。装配前每个部件都需单独进行动平衡，组装后再次进行整体动平衡。平衡精度等级通常要求达到G2.5级（ISO1940标准），即剩余不平衡量导致的质量偏心距小于2.5 mm/s。

3.2 轴承与轴瓦系统

AI(Ce)805-1.64采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，主要考虑：1) 滑动轴承承载能力大，适合中等转速和载荷；2) 阻尼特性好，可抑制振动；3) 寿命长，维护得当可使用多年。

轴瓦材料通常为巴氏合金（锡锑铜合金）衬层覆盖在钢背上。巴氏合金具有良好的嵌入性和顺应性，少量异物进入不会立即损坏轴颈。轴承间隙是关键参数，通常取轴颈直径的0.1%-0.15%，间隙过小会导致润滑不良和发热，过大则引起振动。

润滑系统采用强制油润滑，包括油箱、油泵、冷却器和过滤器等。油压、油温和油质需持续监控，润滑油除润滑外还带走轴承产生的热量。

3.3 密封系统

密封系统防止气体泄漏和外部杂质进入，对安全性和效率至关重要。AI(Ce)805-1.64主要采用三种密封：

气封（迷宫密封）：在转子和静止部件间形成多次节流的曲折通道，减少气体泄漏。密封齿数越多、间隙越小，密封效果越好，但需避免与转子碰磨。通常径向间隙取轴颈直径的0.05%-0.1%。

油封：防止润滑油从轴承箱泄漏，常用的是骨架油封或机械密封。骨架油封结构简单，但寿命有限；机械密封效果更好但成本高。

碳环密封：在某些特殊部位采用，由多个碳环组成，靠弹簧力抱紧轴表面。碳材料具有自润滑性，即使与轴接触也不易损伤轴颈。适合密封贵重或有毒气体。

3.4 轴承箱与机壳

轴承箱不仅支撑轴承，还形成润滑油腔。设计要点包括：足够的刚性以抵抗变形；合理的油路设计确保充分润滑；良好的散热结构。

机壳（包括进气室和蜗壳）承受内部压力并引导气流。蜗壳设计采用对数螺旋线形，使气流出口面积逐渐扩大，动能高效转化为压力能。机壳通常采用铸铁或铸钢，分体设计便于检修。

四、风机维护与常见故障处理

4.1 日常维护要点

4.2 常见故障与处理

振动超标：

轴承温度高：

风量或压力不足：

异常噪声：

4.3 大修周期与内容

AI(Ce)805-1.64型风机建议每运行25000-30000小时或每3-4年进行一次全面大修，包括：

五、工业气体输送的特殊考量

5.1 不同气体的特性与风机适配

稀土提纯过程中可能涉及多种工业气体输送，风机设计需相应调整：

氧气(O₂)：强氧化性，所有接触部件需采用铜合金或不锈钢，避免火花。润滑系统需严格隔离，通常采用无油润滑或氮气隔离密封。

氢气(H₂)：密度小、易泄漏、易燃易爆。需特别加强密封系统，通常采用双端面机械密封加氮气隔离。电机需防爆型。

氮气(N₂)、氩气(Ar)等惰性气体：虽化学性质稳定，但可能因缺氧环境造成安全隐患，需防止泄漏积聚。

二氧化碳(CO₂)：潮湿环境下形成碳酸，腐蚀性强，需采用耐腐蚀材料。

工业烟气：成分复杂，可能含腐蚀性气体和颗粒物，需考虑防腐和耐磨设计，入口加装过滤器。

5.2 气体性质对性能的影响

气体密度变化直接影响风机性能：密度与压头和轴功率成正比关系。例如，输送氢气时，由于密度仅为空气的1/14，要达到相同压升需更高转速或多级串联。

气体比热比影响压缩温升：公式“温升等于压比指数减1除以效率乘以进口绝对温度”描述了这一关系，其中指数与气体比热比有关。单原子气体（如氦、氩）比热比大，相同压比下温升更高。

气体腐蚀性决定材料选择：针对不同气体，叶轮和机壳材料需相应调整，从普通碳钢到不锈钢、钛合金甚至更特殊的耐腐蚀合金。

5.3 安全防护措施

六、选型与运行优化建议

6.1 正确选型要点

选择AI(Ce)805-1.64或类似风机时，需综合考虑：

建议在选型时留有一定裕量：流量裕量5%-10%，压力裕量5%左右。但不宜过大，否则会导致低效运行。

6.2 节能运行策略

6.3 智能化监控趋势

现代稀土提纯风机正朝着智能化方向发展：

结语

AI(Ce)805-1.64型单级悬臂加压风机作为轻稀土铈提纯工艺中的关键设备，其可靠性和效率直接影响提纯效果和经济效益。深入理解其结构特点、维护要点和适应不同工业气体的能力，对保障稀土提纯生产的稳定运行至关重要。

随着稀土产业的持续发展和提纯技术的不断进步，对专用风机的性能要求也将不断提高。未来，更高效率、更智能控制、更长寿命和更好材料兼容性的风机将成为发展趋势。作为风机技术人员，我们应不断更新知识，掌握新技术，为我国的稀土产业发展提供坚实的设备保障。