离心风机基础与噪声特性解析：聚焦A声级与比A声级

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：离心风机、风机噪声、A声级、比A声级、声功率级、声压级、噪声控制

引言

在工业通风、空调系统、物料输送、环保除尘等众多领域，离心风机作为核心的气体输送设备，其性能优劣直接关系到整个系统的能效、稳定性和工作环境。作为一名风机技术从业者，我们不仅需要关注风机的压力、流量和效率等气动性能，更要高度重视其噪声特性。过高的噪声不仅是环境污染源，影响人员健康和工作舒适度，也可能是风机设计存在缺陷或运行状态不佳的信号。在风机噪声的诸多评价指标中，A声级 和 比A声级 是两个至关重要且极易混淆的概念。本文将系统性地梳理离心风机的基础知识，并深入剖析这两个声学指标的定义、区别、应用及测量方法，以期为同行提供清晰的技术参考。

第一章：离心风机基础知识回顾

要理解风机的噪声，首先必须对其工作原理和性能参数有清晰的认识。

1.1 工作原理与结构
离心风机的工作原理基于牛顿第三定律和伯努利方程。当叶轮被电机驱动高速旋转时，叶片间的气体在离心力的作用下被甩向叶轮边缘，流经蜗壳形机壳，将速度能部分转化为压力能，最终从出口排出。与此同时，叶轮中心部位形成低压区，外部气体被持续吸入，从而形成连续的气流。其主要部件包括：进风口、叶轮（前向、后向、径向三种主要类型）、机壳、传动组（主轴、轴承、底座）和驱动电机。

1.2 核心性能参数

流量 (Q)： 单位时间内风机输送的气体体积，单位为立方米每秒 (m³/s) 或立方米每小时 (m³/h)。它是风机选型的首要参数。 全压 (P)： 风机对每单位体积气体所做的功，即气体在风机出口截面与进口截面上的总压差。单位为帕斯卡 (Pa)。它代表了风机克服系统阻力的能力。 静压 (Ps)： 风机全压减去动压（气体因速度具有的压力）后的值，是真正用于克服管道系统阻力的有效压力。 功率 (N)：
轴功率 (Nz)： 单位时间内由电机传递给风机轴的功，单位为千瓦 (kW)。 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 = (流量 × 全压) / 1000。
效率 (η)： 风机的气动效率，是有效功率与轴功率的比值，计算公式为：效率 = (有效功率 / 轴功率) × 100%。它是衡量风机能量转换效能的关键指标，高效率意味着更低的能耗。 转速 (n)： 风机叶轮每分钟的旋转次数，单位为转每分钟 (r/min)。风机的性能参数（流量、压力、功率）都与转速存在特定的比例关系（相似定律）。

第二章：风机噪声基础与A声级

2.1 风机噪声的来源
离心风机的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： 最主要来源，由旋转噪声（离散噪声）和涡流噪声（宽频噪声）组成。旋转噪声由叶片周期性打击空气质点引起，基频为叶片通过频率（叶片数×转频）；涡流噪声由气流在叶片表面分离、紊流及蜗壳内撞击形成。 机械噪声： 来源于轴承的摩擦与振动、传动部件的不平衡、齿轮啮合等。 电磁噪声： 由电机内交变磁场引起铁芯和绕组的振动产生。

2.2 声压级、声功率级与A计权
在深入A声级之前，必须理解其基础声学量。

声压 (p)： 声音在空气中传播时引起的压强变化值，单位帕斯卡 (Pa)。人耳能听到的声压范围极广（20μPa到20Pa）。 声压级 (Lp)： 由于声压范围太宽，采用对数标度来压缩表示，单位为分贝 (dB)。其计算公式为：
声压级 (Lp) = 20 × log10(声压 / 基准声压)
其中基准声压 p0 为 20 μPa（人耳可听阈）。声压级是在特定点测量的声音强弱，会受测量距离和环境的影响。 声功率 (W)： 声源在单位时间内向外辐射的总声能量，单位瓦特 (W)。它是声源本身固有的属性，与测量环境和位置无关。 声功率级 (Lw)： 同样用分贝表示，计算公式为：
声功率级 (Lw) = 10 × log10(声功率 / 基准声功率)
其中基准声功率 W0 为 1 pW (10⁻¹² W)。声功率级是评价声源本身噪声水平的最客观指标。 A计权网络： 人耳对不同频率声音的灵敏度不同，对低频不敏感，对中高频（1000-5000 Hz）敏感。为了模拟人耳的这种响应特性，在声级计中设置了“A计权”滤波器，它对低频声音有较大的衰减。经过A计权滤波后测得的声压级或计算出的声功率级，就称为A声级，单位记为 dB(A)。

2.3 风机A声级的意义
风机的A声级，通常指的是在特定工况（额定流量、全压）和规定标准测试条件下（如IS 5801, GB/T 1236），测量出的声功率级Lwa。它代表了这台风机在单位时间内辐射的总A计权声能量。这是一个绝对值，直接反映了这台风机噪声水平的高低。在风机样本和铭牌上标注的噪声值，通常就是指这个A声级（声功率级）值。

第三章：比A声级的深度解析

3.1 为什么需要比A声级？
仅用A声级来评价风机有一个明显缺陷：一台大风量、高风压的大风机，其噪声必然比一台小风量、低风压的小风机大。但这并不能说明大风机的设计或制造水平就比小风机差。为了公平地比较不同系列、不同型号、不同规格风机的噪声性能优劣，剔除流量和压力带来的影响，我们需要一个相对值指标。这就是比A声级 (Lsa)。

3.2 比A声级的定义与公式
比A声级定义为：单位流量（1 m³/s）和单位全压（1 Pa）下，风机所产生的A声级（声功率级）。其计算公式为：

比A声级 (Lsa) = A声级 (Lwa) - 10 × log10 (流量 × 全压的平方) + 19.8

公式解读：

Lwa: 测量得到的风机A计权声功率级，单位dB(A)。 流量 (Q): 测量Lwa时对应的风机流量，单位m³/s。 全压 (P): 测量Lwa时对应的风机全压，单位Pa。 10 × log10 (Q × P²): 这部分将噪声与风机的做功能力（流量×压力）关联起来。注意是全压的平方，这是因为声功率与压力的平方近似成正比。 19.8: 一个综合的单位换算常数，确保在Q=1 m³/s和P=1 Pa时，Lsa = Lwa。

3.3 比A声级的物理意义与应用
比A声级是一个效率型指标，类似于风机的效率η。它剔除了风机尺寸和性能参数的干扰，纯粹反映了风机的气动设计水平、制造精度和降噪技术的先进性。

Lsa值越低，说明该风机在达成相同气动性能（输送相同流量和克服相同压力）时，产生的噪声越小，其气动设计和噪声控制水平越高。 它是在相同性能基准上对比不同风机噪声品质的“公平秤”。例如，一台Lsa为20 dB(A)的风机，其噪声性能远优于另一台在相同流量和压力下Lsa为30 dB(A)的风机，即使后者的绝对A声级可能因为体积小反而更低。 比A声级是风机选型，特别是对噪声有严格要求的场合（如医院、写字楼、高档住宅）的关键依据。

第四章：A声级与比A声级的测量与影响因素

4.1 测量标准
为保证测量结果的准确性和可比性，必须遵循国际或国家标准。常用的有：

IS5801: 《工业风扇 性能测试标准化实验室》 GB/T 1236: 《工业通风机 用标准化风道进行性能试验》 IS5136: 《声学 管道中风机辐射入管道的声功率测定 管道法》 IS3744: 《声学 声压法测定噪声源声功率级 反射面上方近似自由场的工程法》
测量通常在专业的声学实验室或满足条件的现场进行，使用精密声级计、标准声源等设备。

4.2 影响噪声水平的因素

叶轮类型： 后向叶片风机效率高，流场更平稳，其Lsa通常低于前向叶片风机。 叶轮与蜗壳的间隙： 间隙过大会导致气流泄漏和涡流，增加噪声。 叶片型线与表面光洁度： 优良的空气动力学翼型和光滑的表面可减少涡流脱落。 运行工况点： 风机在最高效率点运行时，气流最顺畅，噪声最低。偏离高效区（特别是大流量失速区和小流量涡流区）都会导致噪声显著增加。 转速： 根据相似定律，风机噪声声功率级与转速的5-6次方成正比！降速是最有效的降噪手段。 结构设计与材料： 机壳的刚性、阻尼处理、是否加装吸声材料等都会影响辐射出的噪声。

第五章：噪声控制实践与总结

5.1 基于声学指标的选型与降噪策略

选型阶段： 在满足系统流量和压力要求的前提下，优先选择高效率、低比A声级 (Lsa) 的风机型号。不要只看绝对A声级。 系统设计：
让风机始终工作在高效区附近。 “一大多小”原则：用一台大风量风机替代多台小风机，通常总噪声更低。 降低转速：采用变频驱动，在非满负荷时降低转速，能大幅降低噪声（遵循转速的5-6次方定律）。
被动降噪：
在风机进、出口安装消声器。 对风机和管道进行隔声包扎，设置隔声罩。 采用减振基础、柔性连接，阻断固体传声。

总结

对于风机技术工作者而言，深刻理解A声级和比A声级的内涵与区别至关重要。A声级（声功率级）是一个绝对值，用于量化单台风机噪声的绝对水平，是评估其对环境影响的直接指标。而比A声级是一个相对值/效率值，是评价风机气动设计优劣和噪声品质的“公平尺”，用于在相同性能基准上横向比较不同风机的噪声性能。

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