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(ji)算
管(guan)內(nei)流體(ti)流過流量(liang)(liang)計插入(ru)(ru)管(guan)時，會(hui)形成兩列幾乎穩定的(de)、非(fei)對稱的(de)、交替(ti)脫落的(de)、旋轉方(fang)(fang)(fang)向(xiang)相反(fan)的(de)渦流（即卡門渦街(jie)），從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)周期性變化的(de)沿流動方(fang)(fang)(fang)向(xiang)及垂直流動方(fang)(fang)(fang)向(xiang)的(de)力作(zuo)用到(dao)流量(liang)(liang)計插入(ru)(ru)管(guan)。當渦脫頻率與流量(liang)(liang)計插入(ru)(ru)管(guan)固有頻率接近時，則引(yin)起流量(liang)(liang)計插入(ru)(ru)管(guan)共振(zhen)，嚴重時導致(zhi)疲勞斷裂，如圖1.1.8所示。
流量計插入管渦激頻率可按式（1.1.1）估算(suan)：
當黏度不確(que)定時，斯特勞哈爾數Sr近似選取0.22。
2. 流量(liang)計插入管固有頻率(lv)計算
流(liu)量(liang)計插(cha)入管固有頻(pin)率計算(suan)，見(jian)式（1.1.4）和(he)圖1.1.9。
對于直形(xing)插(cha)入管，Da為插(cha)入管直徑；對于錐形(xing)插(cha)入管，Da=(A+B)/2；對于階梯形(xing)插(cha)入管，Da=A。
初步計算插入管固(gu)有頻率后(hou)，再考慮形狀(zhuang)、介質、質量、安裝(zhuang)等修正系數，最(zui)終確定安裝(zhuang)狀(zhuang)態(tai)下套(tao)管的(de)固(gu)有頻率。
3．頻(pin)率校核
在(zai)進行校核(he)時，至少要(yao)保證渦激(ji)(ji)(ji)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)與套(tao)管固有頻(pin)率(lv)(lv)(lv)錯開20％。由于流動方向的(de)(de)激(ji)(ji)(ji)勵(li)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)和垂直流動方向的(de)(de)激(ji)(ji)(ji)勵(li)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)不同，校核(he)時兩(liang)個方向的(de)(de)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)均應考(kao)慮(lv)，即(ji)介質流速要(yao)避(bi)開圖(tu)1.1.10中灰(hui)色部分(fen)的(de)(de)流速。在(zai)進行渦激(ji)(ji)(ji)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)計算(suan)時，除了考(kao)慮(lv)正(zheng)(zheng)常(chang)操作工況(kuang)的(de)(de)介質流速外，還應考(kao)慮(lv)可能(neng)存在(zai)的(de)(de)超出正(zheng)(zheng)常(chang)操作工況(kuang)流速的(de)(de)情(qing)況(kuang)，如啟機(ji)、停機(ji)和壓力泄放等工況(kuang)。
4．渦(wo)激(ji)振動工況管道器材選用設(she)計要點
a. 接(jie)(jie)頭(tou)連(lian)(lian)接(jie)(jie)件(jian)的(de)選用(yong)(yong)(yong)。如(ru)圖(tu)1.1.11所示，接(jie)(jie)頭(tou)連(lian)(lian)接(jie)(jie)件(jian)的(de)選用(yong)(yong)(yong)錯誤(wu)在工(gong)程設計中經常發生。有的(de)工(gong)程管道專(zhuan)業(ye)把儀表連(lian)(lian)接(jie)(jie)件(jian)選用(yong)(yong)(yong)的(de)分工(gong)劃給(gei)儀表專(zhuan)業(ye)，因這(zhe)種儀表經常用(yong)(yong)(yong)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)，如(ru)果管道為(wei)碳鋼(gang)(gang)(gang)的(de)，因專(zhuan)業(ye)分工(gong)不(bu)清(qing)楚(chu)，造成施工(gong)現場不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)與碳鋼(gang)(gang)(gang)直接(jie)(jie)焊接(jie)(jie)，雖然(ran)有異(yi)種鋼(gang)(gang)(gang)焊接(jie)(jie)方法(fa)，但是在施工(gong)現場較難保(bao)證質量(liang)。這(zhe)種情況常應按照圖(tu)1.1.11（g）、（f）選用(yong)(yong)(yong)，用(yong)(yong)(yong)法(fa)蘭過渡連(lian)(lian)接(jie)(jie)。
b. 為(wei)了避免套管(guan)產生共振，需(xu)要盡可能提高套管(guan)固(gu)有頻率或降(jiang)低渦激頻率。
①. 減小插入管長度
根據插(cha)入管固(gu)有(you)頻(pin)率計算公式(shi)可(ke)知，插(cha)入管固(gu)有(you)頻(pin)率與長(chang)度(du)L的平(ping)方成反(fan)比。因此(ci)，在保證(zheng)測量精度(du)的前(qian)提下(xia)，減小L可(ke)以有(you)效(xiao)提高插(cha)入管固(gu)有(you)頻(pin)率。
②. 增(zeng)大插入管支(zhi)撐處直徑
增大(da)插入管(guan)支撐處直(zhi)徑A也會提高固(gu)有頻率，采用(yong)錐形(xing)插人管(guan)和(he)階梯形(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(yu)介質流速成(cheng)正(zheng)比關系，在工況(kuang)允許的條件下(xia)，降低(di)(di)流速可(ke)以(yi)有效降低(di)(di)渦激頻率，從而避免插入管(guan)共(gong)振。
④. 安裝位置
為了避免不穩(wen)定流的耦合(he)，插入管安裝應避開閥(fa)門、三通、孔板等附近位置。
⑤. 設置支撐圈
有的(de)工(gong)程直接在主管(guan)(guan)上(shang)開孔，未(wei)設置管(guan)(guan)接頭就把儀表(biao)連(lian)接件(jian)插(cha)入(ru)并(bing)焊接，造成了事(shi)故隱患，除(chu)了這種流量計(ji)(ji)插(cha)管(guan)(guan)，還(huan)有溫度計(ji)(ji)插(cha)管(guan)(guan)等類似情況，連(lian)接件(jian)可設置支撐(cheng)圈、補(bu)強板或采用其他(ta)形式的(de)支撐(cheng)。支撐(cheng)圈與插(cha)入(ru)管(guan)(guan)之間(jian)的(de)間(jian)隙充滿黏性流體會顯著增(zeng)加阻尼，從(cong)而抑制插(cha)入(ru)管(guan)(guan)的(de)共振。
管(guan)道(dao)器材(cai)選用(yong)需要參(can)考的配管(guan)設(she)(she)計(ji)(ji)、管(guan)道(dao)應力分析內(nei)容見(jian)《工(gong)業管(guan)道(dao)配管(guan)設(she)(she)計(ji)(ji)與工(gong)程應用(yong)》《管(guan)道(dao)應力分析與工(gong)程應用(yong)》的詳(xiang)細講(jiang)述(shu)。
