轻稀土钕(Nd)提纯风机:AII(Nd)2360-1.99型离心鼓风机技术全解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、钕(Nd)分离、离心鼓风机、AII(Nd)2360-1.99、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土冶金设备

第一章 轻稀土提纯工艺与风机设备概述

1.1 稀土矿提纯工艺中的风机作用

轻稀土（铈组稀土）中的钕（Nd）作为高性能永磁材料的关键元素，其提纯工艺对气体输送设备有着特殊要求。在稀土湿法冶金过程中，从浸出、萃取到沉淀、煅烧各环节，都需要鼓风机提供稳定可控的气体介质。这些气体不仅用于物料输送、气氛控制，还直接参与化学反应，如氧化、还原等过程。因此，稀土提专用风机必须满足耐腐蚀、密封性好、压力稳定、流量可调等多项技术要求。

稀土提纯工艺中常用的风机类型包括：用于萃取槽曝气的加压风机、用于烟气处理的引风机、用于物料输送的送风机以及用于反应釜气氛控制的气体循环风机。不同工艺段对风机的压力、流量、材质和密封方式均有不同要求，这直接催生了专门针对稀土冶金开发的系列风机产品。

1.2 稀土提纯专用风机系列概览

根据稀土冶金工艺特点，国内风机企业开发了多个专用系列：

“C(Nd)”型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联结构，适用于中高压力、中等流量的工艺环节，如萃取槽深层曝气、反应釜加压等场合。

“CF(Nd)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门针对稀土浮选工艺开发，具有良好的抗堵塞性能和稳定的压力特性，确保浮选气泡均匀稳定。

“CJ(Nd)”型系列专用浮选离心鼓风机：在CF系列基础上的改进型，采用特殊叶型设计和材料处理，更适合含固体颗粒的气体输送。

“D(Nd)”型系列高速高压多级离心鼓风机：采用高速电机直驱或齿轮增速，实现更高排气压力，适用于需要高压气体的工艺环节，如高压氧化、物料输送等。

“AI(Nd)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，维护方便，适用于中小流量、中低压力的工艺点补气或局部气氛控制。

“S(Nd)”型系列单级高速双支撑加压风机：采用两端支撑结构，运行更平稳，适用于较高转速的工艺要求。

“AII(Nd)”型系列单级双支撑加压风机：本篇文章重点介绍的类型，兼具双支撑结构的稳定性和单级风机的经济性，是稀土提纯工艺中应用最广泛的机型之一。

第二章 AII(Nd)2360-1.99型风机详解

2.1 型号解读与技术参数

AII(Nd)2360-1.99这一完整型号包含了丰富技术信息：

作为对比，同系列中还有“D(Nd)300-1.8”型风机：“D”表示D系列高速高压多级离心鼓风机；“300”表示流量每分钟300立方米；“-1.8”表示出风口压力1.8个大气压；该型号专门为跳汰机配套设计，用于稀土矿的初步重力分选。

2.2 结构特点与工作原理

AII(Nd)2360-1.99型风机采用单级离心式设计，气体轴向进入叶轮，在高速旋转的叶轮作用下获得动能，随后在扩压器中部分动能转化为压力能。其核心特点包括：

双支撑轴承结构：叶轮位于两个支撑轴承之间，这种结构大大减少了悬臂力矩，使得转子运行更加平稳，临界转速更高，特别适合大流量、中等压力的工况。

闭式叶轮设计：采用后弯式叶片闭式叶轮，效率高、工作点稳定，性能曲线平坦，有利于工艺系统的稳定控制。

蜗壳扩压：采用等宽度蜗壳结构，具有良好的扩压效果和较低的气动噪声。

轴向进气：气体沿轴向均匀进入叶轮，进气损失小，效率高。

该风机的性能遵循离心风机的基本定律：流量与转速成正比；压力与转速的平方成正比；功率与转速的立方成正比。在实际应用中，通过调节进口导叶或改变转速，可以实现流量和压力的精细调节，满足稀土提纯工艺的变化需求。

2.3 在钕提纯工艺中的应用

在轻稀土钕的提纯过程中，AII(Nd)2360-1.99型风机主要应用于以下环节：

萃取槽气体搅拌：在溶剂萃取分离稀土元素时，需要向萃取槽底部通入洁净空气或惰性气体，促进两相混合，提高传质效率。风机提供稳定气源，确保萃取过程均匀稳定。

沉淀工序气体保护：在草酸或碳酸盐沉淀钕的工序中，需要控制气氛中的二氧化碳和氧气含量，风机用于输送氮气或特定混合气体，创造合适的沉淀环境。

煅烧炉供风系统：将稀土沉淀物煅烧为氧化钕时，需要精确控制炉内氧气流量和分布，风机提供稳定、可调的助燃空气。

物料气力输送：在干燥的氧化钕粉末输送过程中，采用稀相气力输送，风机提供输送气体，避免物料污染和损失。

尾气处理系统：在稀土冶炼过程中产生的酸性或碱性尾气，需要风机提供动力送入处理装置，避免环境污染。

第三章 核心配件详解

3.1 风机主轴

主轴是风机的核心承载部件，AII(Nd)2360-1.99型风机主轴采用42CrMoA合金钢整体锻造，经调质处理获得高强度和高韧性。主轴设计充分考虑临界转速避开工作转速的30%以上，避免共振。与叶轮配合部位采用过盈配合加键连接，确保扭矩可靠传递。轴颈部位经高频淬火处理，硬度达到HRC50-55，提高耐磨性。主轴动平衡精度达到G2.5级，确保高速运转平稳。

3.2 风机轴承与轴瓦

该风机采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，主要基于以下考虑：滑动轴承承载能力大、阻尼特性好、对冲击载荷不敏感、寿命长，更适合连续重载运行。

轴瓦材料：采用锡锑轴承合金（巴氏合金）衬层，厚度2-3mm，具有良好的嵌入性和顺应性，能容忍少量异物而不损伤轴颈。瓦背为铸钢材料，确保结构强度。

润滑系统：采用强制压力润滑，润滑油经过过滤和冷却后进入轴承。进油压力通常控制在0.08-0.12MPa，回油温度不超过70°C。润滑油不仅起润滑作用，还带走摩擦热量，确保轴承温度稳定。

间隙控制：轴瓦与轴颈的径向间隙控制在轴颈直径的0.001-0.0015倍，既要保证形成足够厚的油膜，又要避免过大间隙引起的振动。

3.3 风机转子总成

转子总成包括叶轮、主轴、平衡盘、联轴器等部件，是风机的核心转动组件。

叶轮：采用FV520B沉淀硬化不锈钢制造，这种材料兼具高强度、良好的焊接性和优异的耐腐蚀性能。叶轮经五轴数控加工中心整体铣制，保证叶片型线精确。完成后进行超速试验（试验转速为工作转速的115%），持续30分钟，确保结构安全。最后进行动平衡校正，精度达到ISO 1940 G2.5等级。

平衡盘：设置在叶轮背面，用于平衡部分轴向推力，减少止推轴承负荷。平衡盘直径与密封间隙经过精确计算，确保轴向力平衡效果。

联轴器：采用膜片式联轴器，允许一定的轴向、径向和角向偏差，同时传递大扭矩，无润滑需求，维护方便。

3.4 密封系统

密封系统对稀土提纯风机至关重要，既要防止气体泄漏污染环境，又要防止外部空气进入系统影响工艺气氛。

气封（迷宫密封）：在叶轮进口和平衡盘处设置迷宫密封，通过多级节流膨胀降低气体泄漏量。密封齿片采用铝制材料，与轴套形成软硬配合，即使发生轻微接触也不会损伤主轴。

油封：防止轴承润滑油外泄。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。重要部位采用机械密封，确保零泄漏。

碳环密封：对于输送氢气等小分子气体或贵重气体，采用碳环密封。碳环材料为浸渍金属石墨，具有自润滑特性，与轴套形成极小的运行间隙（通常0.05-0.1mm），能有效密封气体。碳环密封需要配套密封气系统，通常使用氮气作为缓冲气。

轴承箱密封：轴承箱与机壳之间的密封采用O型圈加迷宫结构，既防止气体互串，又允许热膨胀。

第四章 风机维修与维护要点

4.1 日常维护规程

运行监测：每日记录风机电流、进出口压力、流量、轴承温度、振动值等关键参数。振动速度有效值不应超过4.5mm/s，轴承温度不超过75°C。

润滑管理：定期检查润滑油油位、油质，每三个月取样化验一次，根据化验结果确定换油周期。通常情况下，每运行8000-10000小时或每年更换一次润滑油。

密封检查：每日检查各密封点是否有泄漏，特别是碳环密封的密封气压力和流量是否正常。

过滤器清理：进气过滤器压差超过500Pa时应及时清理或更换，确保进气洁净，避免叶轮磨损。

4.2 常见故障与处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡、轴承磨损、对中不良、基础松动或进气涡流。处理步骤：首先检查基础螺栓和管道支撑；其次检查联轴器对中；然后检查轴承间隙；最后考虑转子动平衡校正。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或污染、轴承间隙过小、冷却不良、过载运行等。处理措施：检查油系统；调整轴承间隙；清理冷却器；检查工艺系统阻力是否异常增加。

性能下降：流量或压力达不到设计值，可能原因包括叶轮磨损、密封间隙过大、转速下降或进气过滤器堵塞。需要检查叶轮状态，测量密封间隙，核对电机转速，检查进气系统。

异常噪声：可能原因包括喘振、旋转失速、轴承损坏或异物进入。立即检查工况点是否进入喘振区，检查轴承状态，停机检查内部是否有异物。

4.3 大修内容与周期

小修（每运行4000小时）：更换润滑油和过滤器；检查调整密封间隙；检查联轴器对中；紧固各部位螺栓。

中修（每运行16000小时）：包括小修全部内容；检查轴承磨损情况，必要时更换轴瓦；检查叶轮磨损情况，修复或更换；检查主轴颈磨损情况；校验安全保护装置。

大修（每运行48000小时或根据状态评估）：全面解体检查；更换所有易损件；转子总成送回制造厂重新动平衡；机壳防腐层修复；电机检查维护；控制系统校验。

大修后需进行单机试车和工艺联试，性能恢复到设计指标的95%以上方可投入正式运行。

第五章 工业气体输送特殊要求

5.1 不同气体的输送特点

AII(Nd)2360-1.99型风机可输送多种工业气体，不同气体对风机设计和运行有不同要求：

空气：最常见介质，按常规设计即可，注意过滤和防腐蚀。

工业烟气：通常含有腐蚀性成分和固体颗粒，需采用防腐材质，增加耐磨措施，进气段设置高效除尘装置。

二氧化碳（CO₂）：密度大于空气，相同工况下所需功率增加，需校核电机功率。CO₂可能含有水分形成碳酸，需注意材质耐酸性。

氮气（N₂）：惰性气体，安全性高，但泄漏不易察觉，需加强密封监测。氮气密度略小于空气，功率需求稍低。

氧气（O₂）：强氧化剂，所有与氧气接触的部件必须彻底脱脂，避免油脂氧化引发火灾。采用铜基合金或不锈钢材料，禁用车削油和含油密封材料。

稀有气体（He、Ne、Ar）：通常价格昂贵，要求泄漏率极低，需采用双端面机械密封或碳环密封加氮气缓冲系统。

氢气（H₂）：密度极小，泄漏倾向大，易燃易爆。需采用特殊防爆电机，密封系统至少两级（如碳环密封加迷宫密封），所有电气设备防爆等级不低于Ex d IIB T4。

混合无毒工业气体：需明确气体组分，按最苛刻组分设计，特别关注气体密度、爆炸极限、腐蚀性等特性。

5.2 气体特性对风机设计的影响

气体密度影响：风机压力与气体密度成正比，功率与密度成正比。输送密度大于空气的气体时，需增加电机功率储备；密度小时，需注意防止电机超电流。

腐蚀性考虑：根据气体腐蚀性选择材质，如输送含氯离子气体时选用双相不锈钢；输送含硫烟气时采用防腐涂层或高镍合金。

温度影响：高温气体会降低材料强度，需采用耐热材料，并考虑热膨胀对间隙的影响。通常机壳设计温度不低于最高工作温度加20°C的安全裕度。

湿度与凝结：湿气体在压力升高时可能结露，需在机壳底部设置排水口，叶轮采用抗水蚀材料。

5.3 安全防护措施

防爆设计：输送易燃易爆气体时，风机需整体防爆设计，包括防爆电机、无火花工具接触面、静电接地装置等。

超压保护：出口设置安全阀，整定压力为设计压力的1.05-1.1倍，防止系统堵塞导致超压。

喘振防护：设置防喘振阀或回流管路，当流量低于最小流量时自动打开，避免风机进入喘振区。

振动监测：安装在线振动监测系统，超限时报警并连锁停机。

温度监测：轴承和润滑油温度连续监测，超温报警。

密封监控：对机械密封或碳环密封的密封气压力和流量进行监控，异常时报警。

第六章 选型与应用注意事项

6.1 选型基本原则

工艺参数确定：明确所需气体流量、进口压力、出口压力、气体组成、温度、湿度等基础参数。流量和压力应有合理裕度，通常流量裕度10-15%，压力裕度10-20%。

气体特性分析：详细分析气体腐蚀性、爆炸性、毒性、密度变化等特性，选择合适材质和密封形式。

安装环境考虑：考虑环境温度、海拔高度、室内外安装、防爆区域等级等，选择合适防护等级和冷却方式。

运行制度：确定连续运行还是间歇运行，启动频率，负荷变化范围，据此选择电机功率和控制方式。

备件与维护：考虑备件供应周期，维修便捷性，选择技术成熟、服务网络完善的品牌和型号。

6.2 安装调试要点

基础要求：混凝土基础质量应为风机质量的3-5倍，基础平面度误差不超过0.2mm/m，预留地脚螺栓孔位置准确。

管道连接：进出口管道设独立支撑，避免外力传到风机上。进出口设软连接，吸收热膨胀和振动。进口管道避免急弯，保证气流均匀。

对中校正：风机与电机对中采用双表法，径向偏差不超过0.05mm，角度偏差不超过0.05mm/m。热态运行后需复核对中。

试车程序：先点动检查旋转方向；再空载运行2小时，检查振动、温度、噪声；最后带负荷试车，逐步增加负荷至额定值，观察各参数是否正常。

6.3 节能运行建议

合理选型：避免“大马拉小车”，风机常时间在低效区运行。最好使正常工作点位于风机最高效率点右侧的85-105%流量范围内。

变速调节：对于变负荷工况，采用变频调速比进口导叶调节更节能，特别是流量变化范围大时。

系统优化：减少管道阻力，合理布置管道，减少弯头和阀门，及时清理过滤器，降低系统阻力。

余热回收：对于出口气体温度较高的场合（如压缩后温升超过40°C），可考虑余热回收，用于工艺加热或空间采暖。

定期维护：保持叶轮清洁，密封间隙正常，轴承状态良好，确保风机始终在高效状态运行。

结语

AII(Nd)2360-1.99型单级双支撑加压风机作为轻稀土钕提纯工艺中的关键设备，其合理选型、正确安装、精心维护和科学管理，直接关系到稀土生产线的运行效率、产品质量和生产成本。随着稀土材料在高新技术领域的应用日益广泛，对稀土纯度要求不断提高，相应的风机技术也在持续进步。未来，稀土提纯风机将向更高效率、更智能控制、更长寿命、更低维护方向发展，为稀土工业的绿色化、智能化升级提供有力装备支撑。

风机技术人员需不断学习新知识、掌握新技术，深入理解工艺需求，才能为稀土冶金企业提供真正贴合生产实际的风机解决方案，推动我国稀土工业从资源优势向技术优势的转变。