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(pin)率的(de)計算

  管(guan)內流(liu)(liu)體流(liu)(liu)過(guo)流(liu)(liu)量計(ji)(ji)插入管(guan)時，會形(xing)成(cheng)兩列(lie)幾乎穩定的(de)、非對稱(cheng)的(de)、交替脫(tuo)落的(de)、旋(xuan)轉(zhuan)方向相(xiang)反的(de)渦流(liu)(liu)（即卡門渦街），從而產生周期性(xing)變化的(de)沿(yan)流(liu)(liu)動方向及垂直(zhi)流(liu)(liu)動方向的(de)力作(zuo)用(yong)到流(liu)(liu)量計(ji)(ji)插入管(guan)。當渦脫(tuo)頻率與流(liu)(liu)量計(ji)(ji)插入管(guan)固有頻率接近時，則引起流(liu)(liu)量計(ji)(ji)插入管(guan)共振(zhen)，嚴重(zhong)時導致疲(pi)勞斷裂，如圖(tu)1.1.8所(suo)示。

  流(liu)量(liang)計插入管(guan)渦激(ji)頻(pin)率可按式(shi)（1.1.1）估算：

  當黏度不確定時，斯特勞哈(ha)爾數Sr近似選取0.22。

2. 流量計插入管固有頻率(lv)計算

  流(liu)量計插入管固有(you)頻率計算，見式（1.1.4）和圖1.1.9。

  對于直(zhi)形(xing)插入管，Da為插入管直(zhi)徑；對于錐(zhui)形(xing)插入管，Da=(A+B)/2；對于階(jie)梯(ti)形(xing)插入管，Da=A。

  初步計(ji)算(suan)插(cha)入管固有頻率(lv)后，再(zai)考慮形狀、介質、質量(liang)、安裝等修(xiu)正系數，最終確(que)定安裝狀態下套管的固有頻率(lv)。

3．頻率(lv)校核(he)

  在進(jin)行校核(he)時，至少要保證(zheng)渦(wo)激頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)與套(tao)管固有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)錯開(kai)20％。由于(yu)流(liu)動(dong)方(fang)向的激勵(li)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)和垂(chui)直流(liu)動(dong)方(fang)向的激勵(li)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)不同，校核(he)時兩個方(fang)向的頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)均應考慮(lv)，即介質(zhi)流(liu)速(su)(su)要避開(kai)圖1.1.10中灰色部分的流(liu)速(su)(su)。在進(jin)行渦(wo)激頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)計算時，除(chu)了考慮(lv)正(zheng)常操作工(gong)況的介質(zhi)流(liu)速(su)(su)外，還應考慮(lv)可能存在的超出(chu)正(zheng)常操作工(gong)況流(liu)速(su)(su)的情(qing)況，如啟機(ji)、停機(ji)和壓力泄放(fang)等工(gong)況。

4．渦激振動工(gong)況管道器材選用(yong)設計要(yao)點

  a. 接(jie)頭連(lian)(lian)接(jie)件的(de)(de)選(xuan)用(yong)(yong)(yong)。如(ru)圖1.1.11所(suo)示，接(jie)頭連(lian)(lian)接(jie)件的(de)(de)選(xuan)用(yong)(yong)(yong)錯誤在工(gong)(gong)程設計(ji)中經(jing)常(chang)發生(sheng)。有(you)的(de)(de)工(gong)(gong)程管道(dao)專業把儀(yi)(yi)表(biao)連(lian)(lian)接(jie)件選(xuan)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)分(fen)工(gong)(gong)劃給儀(yi)(yi)表(biao)專業，因(yin)(yin)這種儀(yi)(yi)表(biao)經(jing)常(chang)用(yong)(yong)(yong)不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)，如(ru)果管道(dao)為碳鋼的(de)(de)，因(yin)(yin)專業分(fen)工(gong)(gong)不(bu)(bu)清楚，造成施工(gong)(gong)現場不(bu)(bu)銹鋼與碳鋼直接(jie)焊接(jie)，雖然有(you)異種鋼焊接(jie)方(fang)法(fa)，但是在施工(gong)(gong)現場較難保證質量。這種情況常(chang)應按照圖1.1.11（g）、（f）選(xuan)用(yong)(yong)(yong)，用(yong)(yong)(yong)法(fa)蘭過渡連(lian)(lian)接(jie)。

  b. 為了避免套(tao)管產生共振，需要盡可能提(ti)高套(tao)管固有頻率(lv)或降低渦激頻率(lv)。

    ①. 減小插入管(guan)長度(du)

        根(gen)據插(cha)入管(guan)固(gu)(gu)有(you)頻(pin)率計(ji)算(suan)公式可(ke)知(zhi)，插(cha)入管(guan)固(gu)(gu)有(you)頻(pin)率與長度(du)L的平方成反比。因此(ci)，在保證(zheng)測量精度(du)的前提下，減(jian)小L可(ke)以有(you)效(xiao)提高插(cha)入管(guan)固(gu)(gu)有(you)頻(pin)率。

    ②. 增大(da)插入管支(zhi)撐處直徑(jing)

        增(zeng)大插(cha)(cha)入管(guan)支撐處(chu)直徑A也會提高(gao)固有頻率，采用錐形插(cha)(cha)人管(guan)和階梯形插(cha)(cha)人管(guan)通常優于直形插(cha)(cha)入管(guan)。

    ③. 降低流速

        渦激頻率與介質流速(su)(su)成正比關系，在工況允許的條件下，降(jiang)低(di)(di)流速(su)(su)可以有(you)效降(jiang)低(di)(di)渦激頻率，從而避(bi)免插入(ru)管共(gong)振。

    ④. 安裝(zhuang)位置

       為了避免(mian)不穩定流的耦合，插入管(guan)安裝應避開閥(fa)門、三(san)通、孔板(ban)等(deng)附(fu)近(jin)位置。

    ⑤. 設置支撐(cheng)圈

      有(you)的(de)工(gong)程直接(jie)(jie)在主管(guan)(guan)上開(kai)孔，未(wei)設置(zhi)管(guan)(guan)接(jie)(jie)頭(tou)就把儀表連(lian)接(jie)(jie)件插(cha)(cha)入(ru)并焊(han)接(jie)(jie)，造成了(le)事故隱患，除(chu)了(le)這種(zhong)流(liu)量計插(cha)(cha)管(guan)(guan)，還(huan)有(you)溫度計插(cha)(cha)管(guan)(guan)等類(lei)似情況，連(lian)接(jie)(jie)件可設置(zhi)支撐(cheng)圈(quan)、補強板或(huo)采(cai)用(yong)其他(ta)形式的(de)支撐(cheng)。支撐(cheng)圈(quan)與(yu)插(cha)(cha)入(ru)管(guan)(guan)之間的(de)間隙充滿黏性流(liu)體會顯著(zhu)增加阻(zu)尼，從而抑(yi)制插(cha)(cha)入(ru)管(guan)(guan)的(de)共振(zhen)。

管(guan)道器材選用需要參考的(de)配管(guan)設(she)計、管(guan)道應(ying)(ying)(ying)力(li)分(fen)析(xi)內容見《工(gong)業管(guan)道配管(guan)設(she)計與工(gong)程(cheng)應(ying)(ying)(ying)用》《管(guan)道應(ying)(ying)(ying)力(li)分(fen)析(xi)與工(gong)程(cheng)應(ying)(ying)(ying)用》的(de)詳(xiang)細講(jiang)述。