國內外新聞報道某幾座大橋發生較大振幅的振動，引起不小的影響。浙江至德鋼業有限公司技術人員分析大橋之所以振動，是因為流體力學中的渦激導致，即當流體繞過物體時，在表面附近出現與主流方向相反的回流，連續流動則會產生周期性的脫離，從而對物體形成周期性地激勵。當脫離頻率與物體固有頻率接近時，將引發物體發生共振。在管道設計中易產生渦激振動的情況較多，例如：換熱器管束、溫度計外保護套管、均速流量計插入管、放空管道、蒸汽凝結水管道、火炬管道、閥門內件、管道分支、管道彎頭等位置。筆者在某廠遇到某均速流量計插入管因渦激振動引起連接件位置管道泄漏，如圖1.1.7所示。對于渦激振動，首要確定渦激頻率，并使管道配管結構固有頻率避開渦激頻率。下面以流量計插入管為例簡要講述。
1. 渦激頻率的計算
管(guan)(guan)(guan)內流(liu)(liu)體流(liu)(liu)過流(liu)(liu)量(liang)計插(cha)(cha)入(ru)管(guan)(guan)(guan)時(shi)，會形成兩列(lie)幾(ji)乎穩定的(de)(de)、非對稱的(de)(de)、交替脫落的(de)(de)、旋(xuan)轉方向(xiang)(xiang)相反的(de)(de)渦(wo)流(liu)(liu)（即(ji)卡(ka)門渦(wo)街），從而產生周(zhou)期性變化的(de)(de)沿(yan)流(liu)(liu)動方向(xiang)(xiang)及垂直流(liu)(liu)動方向(xiang)(xiang)的(de)(de)力(li)作用(yong)到(dao)流(liu)(liu)量(liang)計插(cha)(cha)入(ru)管(guan)(guan)(guan)。當渦(wo)脫頻率(lv)與流(liu)(liu)量(liang)計插(cha)(cha)入(ru)管(guan)(guan)(guan)固有頻率(lv)接近時(shi)，則引起(qi)流(liu)(liu)量(liang)計插(cha)(cha)入(ru)管(guan)(guan)(guan)共(gong)振，嚴重時(shi)導致(zhi)疲勞斷裂，如圖1.1.8所示。
流量計(ji)插入管渦激頻(pin)率可(ke)按式（1.1.1）估算：
當黏度(du)不確定時，斯特(te)勞哈爾數Sr近似選取0.22。
2. 流量計插入管固有頻(pin)率計算
流(liu)量計(ji)插(cha)入管固(gu)有頻率計(ji)算，見式(shi)（1.1.4）和圖(tu)1.1.9。
對于(yu)(yu)直形插入(ru)管(guan)(guan)，Da為插入(ru)管(guan)(guan)直徑；對于(yu)(yu)錐形插入(ru)管(guan)(guan)，Da=(A+B)/2；對于(yu)(yu)階(jie)梯形插入(ru)管(guan)(guan)，Da=A。
初步計算插入管固(gu)有頻率后，再(zai)考慮形狀、介質、質量、安(an)裝等修(xiu)正系(xi)數，最終確定安(an)裝狀態下套管的固(gu)有頻率。
3．頻率校(xiao)核
在進行校核時(shi)，至少(shao)要(yao)保證渦(wo)激頻(pin)率(lv)(lv)(lv)與(yu)套管固(gu)有頻(pin)率(lv)(lv)(lv)錯開(kai)20％。由于流(liu)(liu)動方向(xiang)的(de)(de)(de)激勵頻(pin)率(lv)(lv)(lv)和(he)垂(chui)直流(liu)(liu)動方向(xiang)的(de)(de)(de)激勵頻(pin)率(lv)(lv)(lv)不同，校核時(shi)兩個(ge)方向(xiang)的(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)均應(ying)考慮，即介質流(liu)(liu)速(su)要(yao)避(bi)開(kai)圖1.1.10中灰色部分的(de)(de)(de)流(liu)(liu)速(su)。在進行渦(wo)激頻(pin)率(lv)(lv)(lv)計(ji)算(suan)時(shi)，除了考慮正(zheng)常操(cao)作工(gong)況(kuang)(kuang)的(de)(de)(de)介質流(liu)(liu)速(su)外，還應(ying)考慮可能存在的(de)(de)(de)超出正(zheng)常操(cao)作工(gong)況(kuang)(kuang)流(liu)(liu)速(su)的(de)(de)(de)情況(kuang)(kuang)，如啟機、停機和(he)壓(ya)力(li)泄放(fang)等工(gong)況(kuang)(kuang)。
4．渦激振動工況(kuang)管道(dao)器材(cai)選(xuan)用設(she)計要(yao)點
a. 接(jie)(jie)(jie)頭(tou)連接(jie)(jie)(jie)件(jian)的(de)(de)選(xuan)用(yong)(yong)。如圖(tu)1.1.11所示，接(jie)(jie)(jie)頭(tou)連接(jie)(jie)(jie)件(jian)的(de)(de)選(xuan)用(yong)(yong)錯誤在工(gong)程設計中經常發生。有(you)(you)的(de)(de)工(gong)程管道專(zhuan)業把(ba)儀(yi)表連接(jie)(jie)(jie)件(jian)選(xuan)用(yong)(yong)的(de)(de)分工(gong)劃給儀(yi)表專(zhuan)業，因這種儀(yi)表經常用(yong)(yong)不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)，如果(guo)管道為碳(tan)鋼(gang)的(de)(de)，因專(zhuan)業分工(gong)不(bu)清楚(chu)，造成(cheng)施工(gong)現場不(bu)銹鋼(gang)與碳(tan)鋼(gang)直接(jie)(jie)(jie)焊接(jie)(jie)(jie)，雖然有(you)(you)異種鋼(gang)焊接(jie)(jie)(jie)方法(fa)(fa)，但是在施工(gong)現場較(jiao)難保證質(zhi)量。這種情(qing)況(kuang)常應按照圖(tu)1.1.11（g）、（f）選(xuan)用(yong)(yong)，用(yong)(yong)法(fa)(fa)蘭(lan)過渡連接(jie)(jie)(jie)。
b. 為了避免套管產(chan)生共振，需要盡可能提(ti)高套管固有頻率或降低渦激頻率。
①. 減小插入管(guan)長度
根據插入管(guan)固(gu)有(you)頻(pin)率計算(suan)公式(shi)可知，插入管(guan)固(gu)有(you)頻(pin)率與長度L的平方成反比。因此，在保證測量精度的前提下，減小L可以有(you)效提高插入管(guan)固(gu)有(you)頻(pin)率。
②. 增大插(cha)入管支撐處(chu)直徑
增(zeng)大插(cha)(cha)入管(guan)(guan)支撐處直(zhi)徑(jing)A也會(hui)提高固(gu)有頻(pin)率，采用錐形(xing)插(cha)(cha)人(ren)管(guan)(guan)和階梯(ti)形(xing)插(cha)(cha)人(ren)管(guan)(guan)通常優(you)于直(zhi)形(xing)插(cha)(cha)入管(guan)(guan)。
③. 降(jiang)低流(liu)速(su)
渦激頻率(lv)與介質流速(su)成正比關(guan)系，在工況允許的條(tiao)件(jian)下，降低流速(su)可以有效降低渦激頻率(lv)，從而避免插入(ru)管共振。
④. 安裝(zhuang)位置
為了(le)避免不穩定流的耦合，插入管(guan)安裝(zhuang)應避開(kai)閥門、三通、孔(kong)板等附(fu)近(jin)位置。
⑤. 設置支撐圈
有的工程(cheng)直接(jie)(jie)在主管上開孔(kong)，未設置管接(jie)(jie)頭(tou)就把儀表連接(jie)(jie)件插入并焊(han)接(jie)(jie)，造成了事故隱患，除(chu)了這種流量計插管，還(huan)有溫(wen)度計插管等(deng)類似情況，連接(jie)(jie)件可設置支撐(cheng)圈、補(bu)強板或(huo)采用其他形(xing)式的支撐(cheng)。支撐(cheng)圈與插入管之(zhi)間的間隙充滿黏性流體會(hui)顯著增加阻尼，從而抑制插入管的共(gong)振。
管道(dao)器(qi)材(cai)選(xuan)用需要參考的配管設(she)計、管道(dao)應力分析內容見(jian)《工(gong)(gong)業管道(dao)配管設(she)計與工(gong)(gong)程(cheng)應用》《管道(dao)應力分析與工(gong)(gong)程(cheng)應用》的詳細講述。
