离心风机基础与声级计应用解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：离心风机、基础知识、噪声测量、声级计、使用方法、A计权、声压级

引言

在工业通风、空调系统、废气处理、物料输送等诸多领域，离心风机都扮演着不可或缺的核心角色。作为一名风机技术从业者，深刻理解其工作原理、性能特性是基础，而掌握其运行过程中的噪声评估方法，对于设备选型、状态监测、故障诊断以及环保合规都至关重要。噪声不仅是衡量风机设计与制造水平的关键指标，也是工作环境舒适性和健康性的重要影响因素。本文将系统性地介绍离心风机的基础知识，并重点解析噪声测量工具—声级计的正确使用方法，旨在为同行提供一份实用技术参考。

第一部分：离心风机基础知识

在深入探讨噪声测量之前，我们有必要对测量对象有一个清晰的认识。

一、 离心风机的基本结构与工作原理

离心风机主要由进风口、叶轮、蜗壳、出风口、主轴及驱动装置（如电机）等部分组成。

其工作原理基于牛顿第三定律（作用力与反作用力定律）和离心力原理。当电机驱动叶轮高速旋转时，叶轮叶片间的气体在离心力的作用下，被从叶轮中心（进风口）甩向边缘，进入蜗壳形机壳。在此过程中，气体的动能增加，静压能也随之提高。随后，高速气体在蜗壳的扩压作用下，将一部分动能进一步转化为静压能，最后经由出风口以较高的压力排出。与此同时，叶轮中心部位因气体被甩出而形成低压区，外部气体在大气压作用下被连续不断地吸入进风口，从而形成连续的气体流动。

二、 离心风机的主要性能参数

风量（Q）： 单位时间内风机输送气体的体积，单位为立方米每秒（m³/s）或立方米每小时（m³/h）。它是风机能力最直接的体现。 风压（P）： 风机进出口全压的差值，单位为帕斯卡（Pa）。它代表了风机克服管道系统阻力的能力。全压（Pt）由静压（Ps）和动压（Pv）组成，其关系为：全压 等于 静压 加上 动压（Pt = Ps + Pv）。 功率（N）：
有效功率（Ne）： 单位时间内气体从风机获得的能量。计算公式为：有效功率 等于 风量 乘以 全压 再除以 一千（Ne = Q * Pt / 1000），单位千瓦（kW）。 轴功率（Nz）： 单位时间内由电机输入风机轴的机械功率，单位也是kW。它总是大于有效功率。
效率（η）： 风机气动性能优劣的重要指标，是有效功率与轴功率的比值。计算公式为：效率 等于 （有效功率 除以 轴功率） 乘以 百分之一百（η = Ne / Nz * 100%）。高效率意味着能量转换损失小，更节能。 转速（n）： 风机叶轮每分钟旋转的圈数，单位转每分钟（r/min）。风机的性能参数（风量、风压、功率）都与转速有明确的数学关系（相似定律）。

三、 离心风机的噪声来源

风机噪声是空气动力性噪声、机械噪声和电磁噪声的综合体。

空气动力性噪声： 是最主要的噪声来源，约占85%以上。主要包括：
涡流噪声（湍流噪声）： 气流流经叶片表面时，因边界层分离产生涡流脱落所引发。它是一种宽频带噪声，频率范围较广。 旋转噪声（离散频率噪声）： 由于叶片周期性打击周围气体质点，引起压力脉动所产生。其基频（主导频率）计算公式为：基频 等于 （叶轮转速 乘以 叶片数） 除以 六十（f = n * Z / 60），单位赫兹（Hz）。该频率及其高次谐波（倍频）会在频谱上形成突出的“峰”，称为“叶片通过频率（BPF）”。
机械噪声： 来源于轴承的摩擦与振动、转子的动不平衡、齿轮箱的啮合、机壳的共振等。 电磁噪声： 由驱动电机内部的电磁交变力引起，通常不是主要成分。

了解噪声来源和特性，有助于我们在测量时分析频谱，判断异常声的来源。

第二部分：声级计使用方法解析

声级计是测量声音声压级（SPL）最常用的便携式仪器。正确使用它是获得准确、可靠噪声数据的前提。

一、 声级计的基本结构与工作原理

声级计通常由传声器（麦克风）、前置放大器、计权网络、放大器、检波器、指示器（显示屏）及电源等组成。

其工作流程是：传声器将声波信号转换为对应的电信号；该微弱电信号经前置放大后，通过计权网络进行频率滤波；再经过主放大器放大和检波器处理（有效值RMS检波），最终在显示屏上以分贝（dB）值显示出声压级的大小。

二、 声级计的关键功能与设置

频率计权（Weighting）： 人耳对不同频率声音的灵敏度是不同的。为了模拟人耳的主观听觉特性，声级计内置了标准化的电子滤波器，即计权网络。最常用的是：
A计权： 对低频声有较大衰减，对高频声有一定放大，其响应曲线接近人耳对中等强度声音的听觉特性。几乎所有环境噪声、职业健康噪声评估都要求使用A计权，测量结果记为dB(A)。在风机噪声测量中，除非特别说明，否则均应使用A计权。 C计权： 对整个可听频率范围的响应较为平坦，衰减很小，能更好地反映声音的实际物理能量大小，常用于评估低频成分较多的噪声（如风机本身的低频轰鸣声）或冲击噪声。 Z计权（零计权）： 平坦频率响应，不进行任何滤波，测量的是总声压级。 选择建议： 常规测量首选A计权。若要分析风机的低频特性或总声能，可同时记录C计权或Z计权数据，并与A计权数据进行对比。
时间计权（Time Weighting）：
F（Fast）快档： 时间常数为125毫秒，用于测量波动不大的稳态噪声。指针式声级计的指针摆动较快。 S（Slow）慢档： 时间常数为1秒，显示值波动较小，读数更稳定，适用于波动较大的噪声测量，是最常用的设置。 I（Impulse）脉冲档： 用于测量脉冲声，如敲击、爆破声。在风机测量中较少使用，除非是研究启停或故障冲击。
检波器与测量参数：
等效连续声级（Leq）： 在某一时间段内，将波动变化的噪声能量进行时间平均，得到一个稳定的声级值。该值能准确反映该时间段内的噪声暴露能量，是评价非稳态噪声的最重要指标。 最大声级（Lmax）与最小声级（Lmin）： 测量期间出现的声级最大值和最小值。 峰值声级（Lpeak）： 测量瞬时声压的峰值，用于评估可能对听力造成损伤的极高声压。

三、 风机噪声测量实操步骤与注意事项

（一） 测量前的准备

仪器校准： 这是确保数据准确性的第一步，也是至关重要的一步。使用声级计配套的声校准器（通常产生94dB或114dB的标准声压）在测量前后对仪器进行校准。测量前校准用于设置正确的灵敏度，测量后校准用于验证仪器在测量过程中未发生漂移。前后校准值偏差应小于0.5 dB，否则测量数据无效。 检查电池： 确保声级计和校准器电量充足。 设置参数： 根据测量目的（如环保验收、职业健康评估、故障诊断）设置计权网络（通常为A）、时间计权（通常为S慢档）、测量量程等。如果测量Leq，还需设置测量时间。 环境检查： 注意测量环境中的背景噪声（本底噪声）。原则上，背景噪声应至少低于被测风机运行时噪声值10dB以上。如果差值在3dB到10dB之间，则需要按标准修正表对测量结果进行修正。若差值小于3dB，则测量无效。应关闭其他无关的噪声源。 天气条件： 户外测量时，风速过大（>5m/s）会影响传声器，应使用风罩。避免在雨、雪等恶劣天气下测量。

（二） 测点布置（传声器位置）

测点位置的选择直接决定测量结果的代表性和可比性。必须遵循相关测试标准（如GB/T 2888、IS13347等）的规定。

进排气口噪声测量：
自由场法： 适用于进出口无连接管道的工况。传声器应指向声源，距进口或出口中心45度方向1米或2米处（按标准规定）。距离地面高度通常为1.5米。 管道法： 适用于进出口连接管道的工况。传声器需插入管道壁面的测量孔进行测量，具体位置和计算方法标准中有详细规定。
机壳辐射噪声与整体声功率级测量：
更全面的评估需要在风机周围布置一个包络面（虚拟的测量面），在面上均匀选取多个测点（如矩形六面体每面中心点或更多点）。 传声器距风机表面1米，距地面或反射面高度不小于1.5米，避免靠近墙壁等反射面。 最终通过测量各点的声压级，计算出风机的声功率级（Lw）。声功率级是风机固有的声学特性，与测量距离和环境无关，便于不同风机之间的对比。

（三） 进行测量与数据记录

测量人员应远离传声器至少0.5米，以免身体反射影响读数。 手持声级计时，手臂应尽量伸直，使传声器远离身体。 待风机运行至稳定工况（如额定转速、额定风量风压）后开始测量。 每个测点的测量时间应足够长，以覆盖噪声的波动周期。对于稳态噪声，通常不少于15秒；对于非稳态噪声，需测量整个工作周期的Leq。 详细记录每一个测点的读数（Leq， Lmax等），同时必须记录以下信息：
风机型号、转速、工况（风量、风压）； 声级计型号、编号、校准值； 测量环境（背景噪声、天气）； 测点位置示意图； 测量日期、时间及测量人员。

（四） 数据处理与分析

背景噪声修正： 根据记录的各测点背景噪声值，对测量结果进行修正。 计算平均值或声功率级： 如果进行了多点测量，需按照相应标准公式计算平均声压级或声功率级。 频谱分析（如果使用积分式声级计）： 先进的声级计具备频谱分析功能（1/1倍频程或1/3倍频程）。通过频谱图，可以清晰地看到在哪些频率点上噪声最突出。例如，如果在“叶片通过频率（BPF）”处出现明显的峰值，则表明旋转噪声是主导；如果频谱宽而平缓，则涡流噪声占主导；如果在特定高频出现峰值，可能预示着轴承故障。这是进行风机故障诊断和降噪设计的强大工具。

结论

离心风机的噪声控制是一个系统工程，而精确的测量是第一步。掌握声级计的原理和规范的使用方法，是每一位风机技术人员的必备技能。从基础的A计权选择、校准操作，到科学的测点布置和严谨的数据记录，每一个环节都容不得马虎。只有获取了准确可靠的噪声数据，我们才能有效地评估风机产品的声学品质，分析噪声超标的原因，并采取针对性的降噪措施，最终实现风机性能与静音效果的和谐统一，为推动行业向高效、低碳、低噪声方向发展贡献力量。

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