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(wan)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)內流(liu)(liu)體流(liu)(liu)過流(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)(cha)(cha)入管(guan)時，會形成兩(liang)列幾(ji)乎穩定(ding)的(de)、非對(dui)稱的(de)、交替脫落的(de)、旋轉(zhuan)方向相反(fan)的(de)渦(wo)流(liu)(liu)（即卡門渦(wo)街），從而產(chan)生(sheng)周期性變化的(de)沿流(liu)(liu)動方向及垂直流(liu)(liu)動方向的(de)力作用(yong)到流(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)(cha)(cha)入管(guan)。當渦(wo)脫頻率與流(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)(cha)(cha)入管(guan)固有頻率接(jie)近時，則引起流(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)(cha)(cha)入管(guan)共振，嚴重時導致疲勞斷裂，如圖1.1.8所示。
流量計插入管渦激(ji)頻率可按式（1.1.1）估(gu)算：
當黏(nian)度(du)不確定時，斯特勞哈爾數(shu)Sr近似(si)選取(qu)0.22。
2. 流量計插入管固(gu)有頻率(lv)計算
流量計插入管固有頻率(lv)計算，見(jian)式（1.1.4）和(he)圖1.1.9。
對于直形插入管(guan)，Da為插入管(guan)直徑；對于錐形插入管(guan)，Da=(A+B)/2；對于階梯形插入管(guan)，Da=A。
初步(bu)計算插入管(guan)固(gu)有頻(pin)率(lv)后(hou)，再考慮(lv)形狀、介質、質量、安裝等(deng)修正系(xi)數，最(zui)終確定安裝狀態下套管(guan)的固(gu)有頻(pin)率(lv)。
3．頻率校核
在進行校核時(shi)，至(zhi)少要(yao)保證(zheng)渦(wo)激頻(pin)率(lv)(lv)與套管固(gu)有頻(pin)率(lv)(lv)錯開20％。由于流(liu)動方向(xiang)的激勵頻(pin)率(lv)(lv)和(he)垂直流(liu)動方向(xiang)的激勵頻(pin)率(lv)(lv)不同(tong)，校核時(shi)兩個方向(xiang)的頻(pin)率(lv)(lv)均(jun)應考慮(lv)，即(ji)介(jie)(jie)質流(liu)速要(yao)避開圖1.1.10中灰色部分的流(liu)速。在進行渦(wo)激頻(pin)率(lv)(lv)計算時(shi)，除了考慮(lv)正常操(cao)作(zuo)(zuo)工(gong)(gong)況的介(jie)(jie)質流(liu)速外(wai)，還應考慮(lv)可能存(cun)在的超出(chu)正常操(cao)作(zuo)(zuo)工(gong)(gong)況流(liu)速的情(qing)況，如啟(qi)機(ji)(ji)、停(ting)機(ji)(ji)和(he)壓(ya)力泄放(fang)等工(gong)(gong)況。
4．渦激(ji)振動工況(kuang)管(guan)道器材選用設計要點(dian)
a. 接(jie)(jie)(jie)頭連(lian)接(jie)(jie)(jie)件的選(xuan)用(yong)(yong)。如圖1.1.11所(suo)示，接(jie)(jie)(jie)頭連(lian)接(jie)(jie)(jie)件的選(xuan)用(yong)(yong)錯誤在(zai)(zai)工程設計中經常發(fa)生。有的工程管道(dao)專業(ye)把儀(yi)表(biao)連(lian)接(jie)(jie)(jie)件選(xuan)用(yong)(yong)的分工劃給儀(yi)表(biao)專業(ye)，因(yin)這種(zhong)(zhong)儀(yi)表(biao)經常用(yong)(yong)不銹鋼(gang)的，如果管道(dao)為碳(tan)鋼(gang)的，因(yin)專業(ye)分工不清楚(chu)，造成施工現場(chang)不銹鋼(gang)與碳(tan)鋼(gang)直(zhi)接(jie)(jie)(jie)焊接(jie)(jie)(jie)，雖然有異種(zhong)(zhong)鋼(gang)焊接(jie)(jie)(jie)方法(fa)(fa)，但是(shi)在(zai)(zai)施工現場(chang)較難保證質量。這種(zhong)(zhong)情況常應按照圖1.1.11（g）、（f）選(xuan)用(yong)(yong)，用(yong)(yong)法(fa)(fa)蘭過渡(du)連(lian)接(jie)(jie)(jie)。
b. 為了避免套管產生共振，需要盡(jin)可(ke)能提高套管固有頻率或降低(di)渦(wo)激頻率。
①. 減小插入管長度
根據插(cha)入(ru)管固有頻(pin)率(lv)計算公(gong)式可知，插(cha)入(ru)管固有頻(pin)率(lv)與長度L的平方成反比。因此，在保證(zheng)測量精度的前提(ti)下，減(jian)小L可以有效提(ti)高插(cha)入(ru)管固有頻(pin)率(lv)。
②. 增(zeng)大插入管支撐處直(zhi)徑
增(zeng)大插入管(guan)支撐處直(zhi)徑A也會提高固有頻率，采(cai)用(yong)錐形(xing)插人管(guan)和階(jie)梯形(xing)插人管(guan)通常優(you)于直(zhi)形(xing)插入管(guan)。
③. 降低(di)流速
渦激頻率與介質流速成(cheng)正比關系，在工(gong)況允許的條件下(xia)，降低(di)流速可以有效降低(di)渦激頻率，從而避(bi)免(mian)插入管共振(zhen)。
④. 安裝位(wei)置
為了避免不穩定流的耦(ou)合，插入管安裝應避開閥門、三通、孔板等附(fu)近位(wei)置(zhi)。
⑤. 設置支撐(cheng)圈
有的(de)(de)工程直接(jie)在主管上(shang)開孔(kong)，未設置管接(jie)頭就把儀表(biao)連(lian)接(jie)件(jian)插(cha)(cha)入并焊接(jie)，造成了事故隱患，除(chu)了這種流量計(ji)插(cha)(cha)管，還有溫度計(ji)插(cha)(cha)管等(deng)類(lei)似情況，連(lian)接(jie)件(jian)可(ke)設置支撐圈、補強板或采用其他(ta)形(xing)式(shi)的(de)(de)支撐。支撐圈與插(cha)(cha)入管之間的(de)(de)間隙充滿黏(nian)性流體會顯著增(zeng)加阻尼，從而(er)抑制插(cha)(cha)入管的(de)(de)共振(zhen)。
管(guan)(guan)(guan)道器材選(xuan)用(yong)(yong)需要參考的(de)配管(guan)(guan)(guan)設計(ji)、管(guan)(guan)(guan)道應力(li)分析內容見(jian)《工(gong)業管(guan)(guan)(guan)道配管(guan)(guan)(guan)設計(ji)與(yu)工(gong)程(cheng)應用(yong)(yong)》《管(guan)(guan)(guan)道應力(li)分析與(yu)工(gong)程(cheng)應用(yong)(yong)》的(de)詳細講述。
