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(wo)激頻率的(de)計算
管(guan)內流(liu)(liu)(liu)(liu)體流(liu)(liu)(liu)(liu)過流(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)入(ru)管(guan)時(shi)(shi)，會形(xing)成兩列幾乎穩定的(de)(de)(de)、非對稱的(de)(de)(de)、交替脫落的(de)(de)(de)、旋(xuan)轉方(fang)向相(xiang)反(fan)的(de)(de)(de)渦流(liu)(liu)(liu)(liu)（即卡門渦街），從而產(chan)生周期性(xing)變化(hua)的(de)(de)(de)沿流(liu)(liu)(liu)(liu)動方(fang)向及垂直(zhi)流(liu)(liu)(liu)(liu)動方(fang)向的(de)(de)(de)力作用到流(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)入(ru)管(guan)。當渦脫頻(pin)率與流(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)入(ru)管(guan)固有頻(pin)率接近(jin)時(shi)(shi)，則(ze)引起流(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)入(ru)管(guan)共振(zhen)，嚴重時(shi)(shi)導致疲勞斷(duan)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：
當黏度(du)不確定時，斯特勞哈爾數Sr近似選取0.22。
2. 流量計插入管固有(you)頻(pin)率計算
流量(liang)計插(cha)入管固有頻(pin)率計算(suan)，見式（1.1.4）和圖1.1.9。
對于直形插(cha)(cha)入管(guan)，Da為插(cha)(cha)入管(guan)直徑；對于錐形插(cha)(cha)入管(guan)，Da=(A+B)/2；對于階梯形插(cha)(cha)入管(guan)，Da=A。
初步計算(suan)插入管(guan)固(gu)有(you)頻(pin)率后，再考慮(lv)形(xing)狀、介(jie)質(zhi)、質(zhi)量、安(an)裝(zhuang)(zhuang)等修正系數(shu)，最終確定(ding)安(an)裝(zhuang)(zhuang)狀態下套管(guan)的(de)固(gu)有(you)頻(pin)率。
3．頻率(lv)校核
在進行(xing)校(xiao)核(he)時(shi)，至(zhi)少要保證渦(wo)激(ji)頻(pin)率與套管(guan)固有頻(pin)率錯開20％。由于流(liu)(liu)動方向的(de)激(ji)勵頻(pin)率和(he)垂(chui)直流(liu)(liu)動方向的(de)激(ji)勵頻(pin)率不(bu)同，校(xiao)核(he)時(shi)兩個方向的(de)頻(pin)率均應(ying)考慮，即介質流(liu)(liu)速(su)要避開圖1.1.10中灰色部分的(de)流(liu)(liu)速(su)。在進行(xing)渦(wo)激(ji)頻(pin)率計算時(shi)，除(chu)了考慮正(zheng)常(chang)操作工況(kuang)的(de)介質流(liu)(liu)速(su)外，還應(ying)考慮可能存在的(de)超出(chu)正(zheng)常(chang)操作工況(kuang)流(liu)(liu)速(su)的(de)情況(kuang)，如啟機、停(ting)機和(he)壓力(li)泄(xie)放等工況(kuang)。
4．渦激振(zhen)動工況管道(dao)器材選用設計要點(dian)
a. 接(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)件(jian)的(de)選(xuan)用(yong)。如(ru)圖(tu)1.1.11所示，接(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)件(jian)的(de)選(xuan)用(yong)錯誤(wu)在工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)設計(ji)中經常(chang)發生。有(you)的(de)工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)管道專(zhuan)(zhuan)業把儀表連接(jie)(jie)件(jian)選(xuan)用(yong)的(de)分工(gong)(gong)劃給儀表專(zhuan)(zhuan)業，因這種(zhong)儀表經常(chang)用(yong)不銹鋼(gang)的(de)，如(ru)果管道為碳(tan)鋼(gang)的(de)，因專(zhuan)(zhuan)業分工(gong)(gong)不清楚，造成(cheng)施工(gong)(gong)現場不銹鋼(gang)與碳(tan)鋼(gang)直接(jie)(jie)焊(han)(han)接(jie)(jie)，雖然有(you)異種(zhong)鋼(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)方(fang)法(fa)，但是在施工(gong)(gong)現場較難保(bao)證質(zhi)量。這種(zhong)情況常(chang)應按照圖(tu)1.1.11（g）、（f）選(xuan)用(yong)，用(yong)法(fa)蘭過渡(du)連接(jie)(jie)。
b. 為了(le)避免套(tao)管產生(sheng)共振，需要(yao)盡可(ke)能提高套(tao)管固(gu)有(you)頻率(lv)或降低渦激(ji)頻率(lv)。
①. 減小(xiao)插(cha)入管長(chang)度
根據(ju)插入(ru)管固(gu)(gu)有(you)頻率計算(suan)公式可知，插入(ru)管固(gu)(gu)有(you)頻率與長(chang)度L的平方成反(fan)比。因此，在保(bao)證測量精(jing)度的前提下，減小(xiao)L可以(yi)有(you)效提高插入(ru)管固(gu)(gu)有(you)頻率。
②. 增大插入管支撐處直徑
增大插(cha)入管支撐處(chu)直徑A也會提高固有頻率，采用錐形插(cha)人(ren)管和階梯(ti)形插(cha)人(ren)管通常(chang)優于直形插(cha)入管。
③. 降低流速
渦激(ji)(ji)頻率與介質(zhi)流速成(cheng)正比關系，在工況(kuang)允許的條件下，降(jiang)低流速可以有效降(jiang)低渦激(ji)(ji)頻率，從而避免插入管(guan)共振。
④. 安裝(zhuang)位置(zhi)
為了避免不穩定流的耦合，插入管安裝應避開(kai)閥(fa)門、三通、孔(kong)板(ban)等附近位置。
⑤. 設置支(zhi)撐圈(quan)
有的工程(cheng)直接在(zai)主(zhu)管上開孔，未設置(zhi)管接頭(tou)就把儀表連(lian)接件插入并(bing)焊接，造(zao)成(cheng)了事故隱患(huan)，除了這種(zhong)流量計插管，還有溫度計插管等類似(si)情況，連(lian)接件可(ke)設置(zhi)支撐圈、補強板或采用其(qi)他形式的支撐。支撐圈與插入管之間的間隙充(chong)滿黏性(xing)流體會顯著增(zeng)加阻尼，從(cong)而(er)抑制插入管的共(gong)振。
管(guan)道器材選用(yong)(yong)需要參考的配管(guan)設(she)計、管(guan)道應(ying)力分析(xi)內(nei)容(rong)見(jian)《工業管(guan)道配管(guan)設(she)計與工程應(ying)用(yong)(yong)》《管(guan)道應(ying)力分析(xi)與工程應(ying)用(yong)(yong)》的詳細講述。
