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(wo)激頻率的計算
管(guan)內流(liu)體流(liu)過(guo)流(liu)量計(ji)插入(ru)管(guan)時，會形成兩(liang)列幾乎(hu)穩定(ding)的(de)、非對稱的(de)、交替脫(tuo)(tuo)落(luo)的(de)、旋轉方向相反的(de)渦流(liu)（即卡門(men)渦街），從而(er)產生周期性變化的(de)沿流(liu)動(dong)方向及垂直(zhi)流(liu)動(dong)方向的(de)力作用到流(liu)量計(ji)插入(ru)管(guan)。當渦脫(tuo)(tuo)頻(pin)率與流(liu)量計(ji)插入(ru)管(guan)固(gu)有頻(pin)率接近時，則引(yin)起流(liu)量計(ji)插入(ru)管(guan)共振(zhen)，嚴重時導致疲(pi)勞斷裂(lie)，如圖1.1.8所示。
流量計插入管(guan)渦(wo)激頻率可按式（1.1.1）估算：
當黏(nian)度不確(que)定時，斯特勞哈爾(er)數Sr近(jin)似選(xuan)取0.22。
2. 流量計插入管固有頻率計算
流(liu)量計插入管固有(you)頻(pin)率計算，見(jian)式（1.1.4）和(he)圖(tu)1.1.9。
對于直形(xing)插入管(guan)(guan)，Da為插入管(guan)(guan)直徑(jing)；對于錐形(xing)插入管(guan)(guan)，Da=(A+B)/2；對于階(jie)梯形(xing)插入管(guan)(guan)，Da=A。
初步(bu)計算(suan)插入管固有(you)頻(pin)率后，再考慮形狀、介質(zhi)、質(zhi)量、安裝(zhuang)等修(xiu)正系數，最終(zhong)確定安裝(zhuang)狀態下套管的固有(you)頻(pin)率。
3．頻(pin)率校核
在(zai)進(jin)行(xing)校核時(shi)(shi)，至少要保證(zheng)渦激(ji)頻(pin)率(lv)與套(tao)管(guan)固有頻(pin)率(lv)錯開20％。由于流動方(fang)向的(de)(de)(de)激(ji)勵頻(pin)率(lv)和(he)垂(chui)直流動方(fang)向的(de)(de)(de)激(ji)勵頻(pin)率(lv)不同，校核時(shi)(shi)兩個方(fang)向的(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)均應(ying)考慮，即介質流速要避(bi)開圖1.1.10中(zhong)灰色部分的(de)(de)(de)流速。在(zai)進(jin)行(xing)渦激(ji)頻(pin)率(lv)計算(suan)時(shi)(shi)，除了考慮正(zheng)(zheng)常操(cao)作工(gong)況(kuang)的(de)(de)(de)介質流速外(wai)，還應(ying)考慮可(ke)能存在(zai)的(de)(de)(de)超出(chu)正(zheng)(zheng)常操(cao)作工(gong)況(kuang)流速的(de)(de)(de)情況(kuang)，如(ru)啟機、停機和(he)壓(ya)力(li)泄放(fang)等工(gong)況(kuang)。
4．渦激振動(dong)工況管(guan)道器材選用設(she)計(ji)要點
a. 接(jie)(jie)頭(tou)連(lian)接(jie)(jie)件(jian)的(de)(de)(de)選(xuan)用(yong)。如圖1.1.11所(suo)示(shi)，接(jie)(jie)頭(tou)連(lian)接(jie)(jie)件(jian)的(de)(de)(de)選(xuan)用(yong)錯誤在工(gong)(gong)程設計中(zhong)經(jing)常(chang)發生。有的(de)(de)(de)工(gong)(gong)程管道(dao)專(zhuan)業把(ba)儀表連(lian)接(jie)(jie)件(jian)選(xuan)用(yong)的(de)(de)(de)分工(gong)(gong)劃給(gei)儀表專(zhuan)業，因這(zhe)種儀表經(jing)常(chang)用(yong)不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)，如果管道(dao)為(wei)碳(tan)鋼的(de)(de)(de)，因專(zhuan)業分工(gong)(gong)不清楚，造成施工(gong)(gong)現場不銹(xiu)鋼與碳(tan)鋼直接(jie)(jie)焊接(jie)(jie)，雖然有異種鋼焊接(jie)(jie)方法，但(dan)是在施工(gong)(gong)現場較難保(bao)證質(zhi)量。這(zhe)種情況常(chang)應按照圖1.1.11（g）、（f）選(xuan)用(yong)，用(yong)法蘭過渡(du)連(lian)接(jie)(jie)。
b. 為了避免套管產生共振，需要盡可能提高套管固有頻率或降低渦激頻率。
①. 減小(xiao)插入管長度
根據插入管(guan)固(gu)有頻(pin)率計(ji)算公式可(ke)知(zhi)，插入管(guan)固(gu)有頻(pin)率與(yu)長度L的(de)平方成反比(bi)。因此，在保證測(ce)量(liang)精(jing)度的(de)前提(ti)下，減小L可(ke)以有效提(ti)高插入管(guan)固(gu)有頻(pin)率。
②. 增大插入管支撐處直徑(jing)
增大插入(ru)(ru)管(guan)支撐處(chu)直徑A也會提高固有(you)頻率(lv)，采用錐形(xing)插人管(guan)和(he)階梯形(xing)插人管(guan)通常優于直形(xing)插入(ru)(ru)管(guan)。
③. 降低流速
渦激頻(pin)率(lv)與介(jie)質流(liu)速成正比關(guan)系，在工況(kuang)允許的條件下，降低(di)流(liu)速可(ke)以有效(xiao)降低(di)渦激頻(pin)率(lv)，從而(er)避免(mian)插入管(guan)共振(zhen)。
④. 安(an)裝位置
為了避(bi)免不穩定流的耦合，插入管安裝應(ying)避(bi)開閥門、三通、孔板等(deng)附近位(wei)置。
⑤. 設置支撐圈
有的(de)工程(cheng)直接(jie)在主管(guan)上開孔，未設置(zhi)管(guan)接(jie)頭(tou)就把儀(yi)表連(lian)接(jie)件插入并焊接(jie)，造成了事故(gu)隱患，除(chu)了這(zhe)種流量(liang)計(ji)插管(guan)，還有溫度計(ji)插管(guan)等(deng)類(lei)似情況，連(lian)接(jie)件可設置(zhi)支撐圈、補(bu)強板或采用其(qi)他形式的(de)支撐。支撐圈與插入管(guan)之間(jian)(jian)的(de)間(jian)(jian)隙充滿(man)黏性流體(ti)會顯著(zhu)增加阻尼，從而抑制插入管(guan)的(de)共振。
管(guan)(guan)(guan)道器(qi)材(cai)選用需要(yao)參考的(de)配(pei)管(guan)(guan)(guan)設計(ji)、管(guan)(guan)(guan)道應力分析內容見《工業管(guan)(guan)(guan)道配(pei)管(guan)(guan)(guan)設計(ji)與工程(cheng)應用》《管(guan)(guan)(guan)道應力分析與工程(cheng)應用》的(de)詳細講述(shu)。
