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(ji)頻率的(de)計算
管內流(liu)體流(liu)過(guo)流(liu)量計(ji)插(cha)(cha)入管時(shi)，會形成兩列幾乎穩(wen)定的(de)(de)、非對稱的(de)(de)、交替脫落的(de)(de)、旋轉(zhuan)方向(xiang)(xiang)相(xiang)反(fan)的(de)(de)渦(wo)(wo)流(liu)（即卡門渦(wo)(wo)街），從而(er)產生周期性變化的(de)(de)沿流(liu)動(dong)方向(xiang)(xiang)及垂直流(liu)動(dong)方向(xiang)(xiang)的(de)(de)力(li)作用到流(liu)量計(ji)插(cha)(cha)入管。當渦(wo)(wo)脫頻率與流(liu)量計(ji)插(cha)(cha)入管固有頻率接(jie)近時(shi)，則(ze)引(yin)起(qi)流(liu)量計(ji)插(cha)(cha)入管共振，嚴重(zhong)時(shi)導致疲勞(lao)斷裂，如圖1.1.8所示。
流量計插(cha)入管渦(wo)激頻(pin)率可(ke)按式（1.1.1）估算(suan)：
當(dang)黏度不確定時(shi)，斯特勞哈爾數Sr近似選(xuan)取0.22。
2. 流量計插入管(guan)固有頻率計算
流量(liang)計插入(ru)管固有頻(pin)率計算，見式（1.1.4）和圖1.1.9。
對于直形插入管(guan)(guan)(guan)，Da為插入管(guan)(guan)(guan)直徑；對于錐(zhui)形插入管(guan)(guan)(guan)，Da=(A+B)/2；對于階梯(ti)形插入管(guan)(guan)(guan)，Da=A。
初步計算插(cha)入管(guan)固(gu)有(you)(you)頻(pin)率后，再考(kao)慮形狀、介質(zhi)、質(zhi)量(liang)、安裝等修正系數，最終確定(ding)安裝狀態下套管(guan)的固(gu)有(you)(you)頻(pin)率。
3．頻率校核
在(zai)進行校核(he)時，至少(shao)要保證渦(wo)激頻率與套管固有頻率錯開(kai)20％。由于(yu)流動(dong)方(fang)向的激勵頻率和(he)垂直流動(dong)方(fang)向的激勵頻率不同，校核(he)時兩(liang)個方(fang)向的頻率均應(ying)考慮(lv)，即介(jie)質流速(su)要避(bi)開(kai)圖1.1.10中灰色(se)部分的流速(su)。在(zai)進行渦(wo)激頻率計算時，除(chu)了考慮(lv)正常操作(zuo)工(gong)況(kuang)的介(jie)質流速(su)外，還應(ying)考慮(lv)可能(neng)存在(zai)的超出正常操作(zuo)工(gong)況(kuang)流速(su)的情況(kuang)，如(ru)啟機、停機和(he)壓力泄放等工(gong)況(kuang)。
4．渦激振動工況管道器材選用設計要點
a. 接(jie)(jie)頭連(lian)接(jie)(jie)件的選用(yong)(yong)。如(ru)圖(tu)1.1.11所示，接(jie)(jie)頭連(lian)接(jie)(jie)件的選用(yong)(yong)錯誤在(zai)(zai)工(gong)(gong)程設計中經(jing)常(chang)發(fa)生。有(you)的工(gong)(gong)程管道專業(ye)把儀(yi)表連(lian)接(jie)(jie)件選用(yong)(yong)的分(fen)工(gong)(gong)劃給儀(yi)表專業(ye)，因這(zhe)種(zhong)儀(yi)表經(jing)常(chang)用(yong)(yong)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的，如(ru)果管道為碳鋼(gang)的，因專業(ye)分(fen)工(gong)(gong)不(bu)清楚，造成(cheng)施工(gong)(gong)現(xian)場不(bu)銹(xiu)鋼(gang)與碳鋼(gang)直接(jie)(jie)焊(han)接(jie)(jie)，雖然有(you)異種(zhong)鋼(gang)焊(han)接(jie)(jie)方法，但是(shi)在(zai)(zai)施工(gong)(gong)現(xian)場較難保證(zheng)質(zhi)量。這(zhe)種(zhong)情(qing)況常(chang)應按照圖(tu)1.1.11（g）、（f）選用(yong)(yong)，用(yong)(yong)法蘭過渡(du)連(lian)接(jie)(jie)。
b. 為了避免套管產生共振，需要盡可能提(ti)高(gao)套管固有(you)頻率(lv)或降低渦激頻率(lv)。
①. 減小插入管(guan)長度(du)
根據插(cha)入(ru)(ru)管(guan)固(gu)有頻(pin)率(lv)(lv)計算公式可知(zhi)，插(cha)入(ru)(ru)管(guan)固(gu)有頻(pin)率(lv)(lv)與長度(du)L的平方成(cheng)反比。因此，在保證測量精度(du)的前提下，減小L可以(yi)有效(xiao)提高插(cha)入(ru)(ru)管(guan)固(gu)有頻(pin)率(lv)(lv)。
②. 增大(da)插入管支撐處直徑(jing)
增大插入(ru)管(guan)(guan)(guan)支撐(cheng)處直徑A也(ye)會提高固有頻率，采用錐形(xing)插人管(guan)(guan)(guan)和階(jie)梯形(xing)插人管(guan)(guan)(guan)通常(chang)優于直形(xing)插入(ru)管(guan)(guan)(guan)。
③. 降低流(liu)速
渦激頻率與介質流(liu)(liu)速成(cheng)正比關(guan)系，在工況允許(xu)的條(tiao)件(jian)下，降(jiang)低流(liu)(liu)速可(ke)以有(you)效(xiao)降(jiang)低渦激頻率，從(cong)而避免插(cha)入管(guan)共振(zhen)。
④. 安裝位置
為了(le)避(bi)免(mian)不穩定流(liu)的耦合，插入管(guan)安(an)裝應避(bi)開閥(fa)門、三通(tong)、孔板等(deng)附(fu)近位置。
⑤. 設置(zhi)支撐圈
有的(de)(de)(de)工(gong)程(cheng)直接在主管(guan)上開孔，未設(she)置(zhi)管(guan)接頭就把(ba)儀表連接件插(cha)(cha)入并焊接，造成了(le)事故(gu)隱患，除(chu)了(le)這種流(liu)量計插(cha)(cha)管(guan)，還有溫度計插(cha)(cha)管(guan)等(deng)類似情況，連接件可(ke)設(she)置(zhi)支撐(cheng)圈、補強板(ban)或(huo)采用其他形式(shi)的(de)(de)(de)支撐(cheng)。支撐(cheng)圈與(yu)插(cha)(cha)入管(guan)之間(jian)的(de)(de)(de)間(jian)隙充滿黏性流(liu)體會(hui)顯(xian)著增(zeng)加阻尼，從而抑制插(cha)(cha)入管(guan)的(de)(de)(de)共振。
管道(dao)器材選用需要參考(kao)的配(pei)管設計、管道(dao)應(ying)(ying)力分析內容見《工(gong)業(ye)管道(dao)配(pei)管設計與(yu)工(gong)程應(ying)(ying)用》《管道(dao)應(ying)(ying)力分析與(yu)工(gong)程應(ying)(ying)用》的詳細(xi)講述。
