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(tou)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)(liu)體(ti)流(liu)(liu)(liu)過流(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)插入(ru)管(guan)時(shi)(shi)，會形成兩列幾乎穩定的(de)、非(fei)對稱的(de)、交替脫落(luo)的(de)、旋轉方向相反的(de)渦流(liu)(liu)(liu)（即卡門渦街），從而產生周期(qi)性變化的(de)沿流(liu)(liu)(liu)動方向及垂直(zhi)流(liu)(liu)(liu)動方向的(de)力(li)作用到流(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)插入(ru)管(guan)。當(dang)渦脫頻率(lv)與(yu)流(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)插入(ru)管(guan)固有頻率(lv)接近時(shi)(shi)，則引(yin)起流(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)插入(ru)管(guan)共振，嚴重時(shi)(shi)導致(zhi)疲勞斷裂，如(ru)圖1.1.8所示(shi)。
流(liu)量計插入管渦激頻率可(ke)按式(shi)（1.1.1）估算(suan)：
當黏度(du)不確定時，斯(si)特勞哈爾數Sr近似選(xuan)取0.22。
2. 流量計(ji)(ji)插入管固有頻率計(ji)(ji)算(suan)
流量計插入管固(gu)有頻率計算，見式（1.1.4）和圖1.1.9。
對于(yu)直(zhi)形插(cha)入管，Da為插(cha)入管直(zhi)徑；對于(yu)錐(zhui)形插(cha)入管，Da=(A+B)/2；對于(yu)階梯形插(cha)入管，Da=A。
初(chu)步計算插入(ru)管(guan)固有(you)頻率后，再考慮形狀、介(jie)質、質量、安裝(zhuang)(zhuang)等(deng)修正系數，最終(zhong)確(que)定安裝(zhuang)(zhuang)狀態下套(tao)管(guan)的固有(you)頻率。
3．頻率校核(he)
在進行校核(he)時，至少要(yao)保證渦激(ji)頻率(lv)與套(tao)管(guan)固有頻率(lv)錯(cuo)開20％。由于流(liu)(liu)動(dong)方(fang)向的(de)(de)激(ji)勵(li)頻率(lv)和垂直流(liu)(liu)動(dong)方(fang)向的(de)(de)激(ji)勵(li)頻率(lv)不同，校核(he)時兩個(ge)方(fang)向的(de)(de)頻率(lv)均應考(kao)慮，即介質流(liu)(liu)速(su)要(yao)避開圖1.1.10中灰色部分的(de)(de)流(liu)(liu)速(su)。在進行渦激(ji)頻率(lv)計算時，除了考(kao)慮正常操(cao)作(zuo)(zuo)工(gong)況(kuang)(kuang)的(de)(de)介質流(liu)(liu)速(su)外，還應考(kao)慮可(ke)能存(cun)在的(de)(de)超出正常操(cao)作(zuo)(zuo)工(gong)況(kuang)(kuang)流(liu)(liu)速(su)的(de)(de)情(qing)況(kuang)(kuang)，如啟(qi)機(ji)、停機(ji)和壓力泄放等工(gong)況(kuang)(kuang)。
4．渦(wo)激振動工況管道(dao)器材(cai)選用(yong)設計(ji)要點
a. 接(jie)(jie)頭連(lian)接(jie)(jie)件(jian)的(de)選(xuan)用(yong)。如圖(tu)1.1.11所示，接(jie)(jie)頭連(lian)接(jie)(jie)件(jian)的(de)選(xuan)用(yong)錯誤在(zai)工程設計中(zhong)經常發生。有的(de)工程管道專業把儀(yi)表連(lian)接(jie)(jie)件(jian)選(xuan)用(yong)的(de)分(fen)工劃給(gei)儀(yi)表專業，因這種(zhong)儀(yi)表經常用(yong)不銹鋼(gang)的(de)，如果管道為碳鋼(gang)的(de)，因專業分(fen)工不清楚，造(zao)成施工現場不銹鋼(gang)與碳鋼(gang)直(zhi)接(jie)(jie)焊接(jie)(jie)，雖然有異種(zhong)鋼(gang)焊接(jie)(jie)方(fang)法，但是在(zai)施工現場較難(nan)保(bao)證(zheng)質量。這種(zhong)情況常應按照圖(tu)1.1.11（g）、（f）選(xuan)用(yong)，用(yong)法蘭過渡(du)連(lian)接(jie)(jie)。
b. 為了(le)避免套管產(chan)生(sheng)共振，需要盡(jin)可能提高套管固有頻率或降低(di)渦激頻率。
①. 減小插入管長(chang)度
根據插(cha)入管(guan)固有頻率(lv)計(ji)算公式可(ke)知，插(cha)入管(guan)固有頻率(lv)與(yu)長度L的(de)平(ping)方(fang)成(cheng)反比。因此，在保證測(ce)量(liang)精(jing)度的(de)前(qian)提下(xia)，減(jian)小L可(ke)以有效提高(gao)插(cha)入管(guan)固有頻率(lv)。
②. 增大插入管支(zhi)撐(cheng)處直徑
增大(da)插(cha)入(ru)管支(zhi)撐處直徑A也會提高固有(you)頻率，采用錐(zhui)形插(cha)人管和階梯形插(cha)人管通常優于(yu)直形插(cha)入(ru)管。
③. 降低流速
渦激(ji)頻(pin)率(lv)與介質流速成正比(bi)關系，在(zai)工況允許(xu)的條件(jian)下(xia)，降低流速可以有效(xiao)降低渦激(ji)頻(pin)率(lv)，從而避免插入管(guan)共振(zhen)。
④. 安裝位置(zhi)
為(wei)了避免不穩定(ding)流的耦合，插入管安(an)裝(zhuang)應(ying)避開(kai)閥(fa)門、三通、孔板等附近位置。
⑤. 設(she)置支撐圈
有的(de)(de)工程直接在主管上(shang)開孔，未設置(zhi)管接頭就把(ba)儀表連(lian)接件(jian)插入并焊接，造(zao)成了事故隱患，除了這(zhe)種流(liu)量計插管，還有溫(wen)度計插管等(deng)類似(si)情(qing)況，連(lian)接件(jian)可設置(zhi)支(zhi)(zhi)撐圈、補(bu)強板或(huo)采用其他形式(shi)的(de)(de)支(zhi)(zhi)撐。支(zhi)(zhi)撐圈與插入管之間的(de)(de)間隙(xi)充滿黏性(xing)流(liu)體會(hui)顯著增加阻尼，從而抑(yi)制插入管的(de)(de)共(gong)振。
管(guan)道器材選用需要參考的(de)配(pei)管(guan)設計、管(guan)道應(ying)力(li)分析內(nei)容見《工業(ye)管(guan)道配(pei)管(guan)設計與(yu)工程應(ying)用》《管(guan)道應(ying)力(li)分析與(yu)工程應(ying)用》的(de)詳細講述。
