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)頻率的計(ji)算
管(guan)內流(liu)(liu)(liu)(liu)體(ti)流(liu)(liu)(liu)(liu)過流(liu)(liu)(liu)(liu)量計插(cha)入(ru)管(guan)時(shi)，會形成兩列(lie)幾(ji)乎穩(wen)定的(de)(de)(de)、非對稱的(de)(de)(de)、交替脫落(luo)的(de)(de)(de)、旋轉方(fang)向相反的(de)(de)(de)渦(wo)流(liu)(liu)(liu)(liu)（即卡門渦(wo)街），從而產生周期性變化的(de)(de)(de)沿流(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)方(fang)向及垂直(zhi)流(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)方(fang)向的(de)(de)(de)力作用到流(liu)(liu)(liu)(liu)量計插(cha)入(ru)管(guan)。當(dang)渦(wo)脫頻率(lv)與流(liu)(liu)(liu)(liu)量計插(cha)入(ru)管(guan)固有(you)頻率(lv)接近時(shi)，則引起流(liu)(liu)(liu)(liu)量計插(cha)入(ru)管(guan)共振，嚴重時(shi)導致(zhi)疲(pi)勞斷裂，如圖1.1.8所示。
流量(liang)計插入管渦激(ji)頻率可(ke)按式（1.1.1）估算：
當(dang)黏(nian)度不確定時，斯(si)特勞哈爾(er)數Sr近似(si)選取0.22。
2. 流量(liang)計(ji)插入管(guan)固有(you)頻(pin)率計(ji)算
流量計插入管固有頻率計算，見式（1.1.4）和圖1.1.9。
對(dui)(dui)于直(zhi)(zhi)形插入管，Da為(wei)插入管直(zhi)(zhi)徑；對(dui)(dui)于錐形插入管，Da=(A+B)/2；對(dui)(dui)于階(jie)梯形插入管，Da=A。
初步計算插入管固有頻率后，再考慮形(xing)狀、介質(zhi)、質(zhi)量、安(an)裝(zhuang)等修正系數(shu)，最終確定安(an)裝(zhuang)狀態下套管的固有頻率。
3．頻率(lv)校核
在進行(xing)校核時(shi)，至(zhi)少(shao)要保證渦(wo)激頻率與(yu)套(tao)管固有頻率錯開20％。由于(yu)流(liu)動(dong)方(fang)向的(de)激勵頻率和垂直流(liu)動(dong)方(fang)向的(de)激勵頻率不同，校核時(shi)兩個(ge)方(fang)向的(de)頻率均應考(kao)慮(lv)(lv)，即介(jie)質流(liu)速(su)(su)要避開圖1.1.10中灰色部(bu)分的(de)流(liu)速(su)(su)。在進行(xing)渦(wo)激頻率計算時(shi)，除了考(kao)慮(lv)(lv)正常操(cao)作工況的(de)介(jie)質流(liu)速(su)(su)外，還應考(kao)慮(lv)(lv)可能存(cun)在的(de)超出正常操(cao)作工況流(liu)速(su)(su)的(de)情況，如(ru)啟機、停(ting)機和壓力(li)泄放等(deng)工況。
4．渦激振動工況管道器材選(xuan)用(yong)設計要點
a. 接(jie)(jie)頭連(lian)接(jie)(jie)件的(de)(de)(de)選用(yong)(yong)。如圖(tu)1.1.11所(suo)示，接(jie)(jie)頭連(lian)接(jie)(jie)件的(de)(de)(de)選用(yong)(yong)錯誤(wu)在(zai)工(gong)程(cheng)設計中經(jing)常發生。有的(de)(de)(de)工(gong)程(cheng)管(guan)道(dao)專業(ye)把儀表(biao)(biao)連(lian)接(jie)(jie)件選用(yong)(yong)的(de)(de)(de)分工(gong)劃給儀表(biao)(biao)專業(ye)，因這(zhe)種(zhong)(zhong)儀表(biao)(biao)經(jing)常用(yong)(yong)不(bu)銹鋼的(de)(de)(de)，如果管(guan)道(dao)為碳鋼的(de)(de)(de)，因專業(ye)分工(gong)不(bu)清楚(chu)，造成施工(gong)現場不(bu)銹鋼與碳鋼直(zhi)接(jie)(jie)焊(han)接(jie)(jie)，雖(sui)然有異種(zhong)(zhong)鋼焊(han)接(jie)(jie)方法，但是(shi)在(zai)施工(gong)現場較難保(bao)證質(zhi)量。這(zhe)種(zhong)(zhong)情況常應按照圖(tu)1.1.11（g）、（f）選用(yong)(yong)，用(yong)(yong)法蘭過(guo)渡(du)連(lian)接(jie)(jie)。
b. 為了(le)避免(mian)套管產生共(gong)振(zhen)，需要盡可能(neng)提高套管固(gu)有(you)頻率(lv)或降低渦(wo)激頻率(lv)。
①. 減小插入管(guan)長度(du)
根(gen)據插(cha)入管固有頻(pin)率(lv)計算(suan)公式可(ke)知，插(cha)入管固有頻(pin)率(lv)與(yu)長(chang)度L的平(ping)方成(cheng)反比。因此，在保證測量精度的前(qian)提(ti)下(xia)，減(jian)小(xiao)L可(ke)以有效提(ti)高(gao)插(cha)入管固有頻(pin)率(lv)。
②. 增大插入管支(zhi)撐(cheng)處直(zhi)徑
增大(da)插入管(guan)支撐處(chu)直徑A也會提高固(gu)有頻率，采用錐形(xing)插人(ren)管(guan)和(he)階梯形(xing)插人(ren)管(guan)通常優于直形(xing)插入管(guan)。
③. 降低流(liu)速
渦激(ji)頻率與介質流(liu)速成正比關系，在工況允許(xu)的條(tiao)件下，降(jiang)低(di)流(liu)速可以(yi)有效(xiao)降(jiang)低(di)渦激(ji)頻率，從而避免(mian)插(cha)入管共(gong)振。
④. 安裝位置
為(wei)了避免不穩定(ding)流的耦合(he)，插入管安裝(zhuang)應避開閥門(men)、三通(tong)、孔板等附近位(wei)置。
⑤. 設置支撐圈
有(you)的工程直接(jie)在主管(guan)(guan)(guan)上開孔，未設置(zhi)管(guan)(guan)(guan)接(jie)頭就把儀表連(lian)接(jie)件插入(ru)并(bing)焊接(jie)，造成了(le)事(shi)故隱患，除(chu)了(le)這(zhe)種流(liu)量計插管(guan)(guan)(guan)，還有(you)溫(wen)度計插管(guan)(guan)(guan)等類似情況，連(lian)接(jie)件可設置(zhi)支撐(cheng)圈、補強板或采用其他形(xing)式的支撐(cheng)。支撐(cheng)圈與插入(ru)管(guan)(guan)(guan)之(zhi)間(jian)的間(jian)隙充滿黏性流(liu)體會顯著增(zeng)加阻尼，從而抑(yi)制(zhi)插入(ru)管(guan)(guan)(guan)的共振。
管(guan)(guan)道(dao)器材選用需要(yao)參考的(de)配管(guan)(guan)設計(ji)、管(guan)(guan)道(dao)應(ying)力分(fen)析內(nei)容見《工(gong)(gong)業管(guan)(guan)道(dao)配管(guan)(guan)設計(ji)與工(gong)(gong)程應(ying)用》《管(guan)(guan)道(dao)應(ying)力分(fen)析與工(gong)(gong)程應(ying)用》的(de)詳細講述。
