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. 渦激頻率的計算

  管內流體流過流量(liang)(liang)計插入管時，會形成兩列幾乎穩定的(de)(de)、非(fei)對稱的(de)(de)、交替脫落的(de)(de)、旋轉方向(xiang)相反的(de)(de)渦(wo)流（即卡門渦(wo)街），從而產(chan)生周(zhou)期性變(bian)化的(de)(de)沿流動方向(xiang)及垂直流動方向(xiang)的(de)(de)力作(zuo)用到(dao)流量(liang)(liang)計插入管。當渦(wo)脫頻率與流量(liang)(liang)計插入管固有頻率接近時，則引(yin)起流量(liang)(liang)計插入管共振(zhen)，嚴(yan)重時導致(zhi)疲(pi)勞斷(duan)裂，如(ru)圖1.1.8所示。

  流量計(ji)插入管渦激頻率可(ke)按(an)式(shi)（1.1.1）估算：

  當黏度(du)不確定時，斯特(te)勞哈爾數Sr近似(si)選取0.22。

2. 流量計插入管固有頻率計算

  流量計(ji)插(cha)入管固有(you)頻率計(ji)算，見(jian)式（1.1.4）和(he)圖1.1.9。

  對(dui)于直(zhi)(zhi)形(xing)插入管(guan)，Da為插入管(guan)直(zhi)(zhi)徑；對(dui)于錐形(xing)插入管(guan)，Da=(A+B)/2；對(dui)于階梯形(xing)插入管(guan)，Da=A。

  初步計算插(cha)入管(guan)固有(you)頻率(lv)后，再考慮形狀、介質(zhi)、質(zhi)量、安裝等(deng)修正(zheng)系數(shu)，最終確定安裝狀態下(xia)套管(guan)的固有(you)頻率(lv)。

3．頻率(lv)校(xiao)核

  在進(jin)(jin)行校核(he)時，至少要保證渦(wo)激頻(pin)(pin)(pin)率(lv)與套管固有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)錯開(kai)(kai)20％。由于流(liu)動(dong)(dong)方(fang)向的(de)(de)激勵(li)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)和垂直流(liu)動(dong)(dong)方(fang)向的(de)(de)激勵(li)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)不同(tong)，校核(he)時兩個方(fang)向的(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)均應考(kao)慮，即介(jie)質流(liu)速要避開(kai)(kai)圖1.1.10中(zhong)灰色部分的(de)(de)流(liu)速。在進(jin)(jin)行渦(wo)激頻(pin)(pin)(pin)率(lv)計算時，除了考(kao)慮正常操(cao)(cao)作(zuo)工(gong)況(kuang)的(de)(de)介(jie)質流(liu)速外，還應考(kao)慮可能存在的(de)(de)超出正常操(cao)(cao)作(zuo)工(gong)況(kuang)流(liu)速的(de)(de)情(qing)況(kuang)，如啟(qi)機(ji)、停機(ji)和壓力泄放等工(gong)況(kuang)。

4．渦激振動工況管道器材(cai)選用設計(ji)要點

  a. 接(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)件的(de)選用(yong)(yong)。如圖(tu)(tu)1.1.11所示，接(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)件的(de)選用(yong)(yong)錯誤在工(gong)程設計中經(jing)常發生。有的(de)工(gong)程管道(dao)專(zhuan)業把儀表連接(jie)(jie)件選用(yong)(yong)的(de)分(fen)工(gong)劃給儀表專(zhuan)業，因這種儀表經(jing)常用(yong)(yong)不(bu)銹鋼(gang)的(de)，如果(guo)管道(dao)為碳(tan)鋼(gang)的(de)，因專(zhuan)業分(fen)工(gong)不(bu)清楚，造成施(shi)工(gong)現(xian)場不(bu)銹鋼(gang)與碳(tan)鋼(gang)直(zhi)接(jie)(jie)焊(han)(han)接(jie)(jie)，雖然(ran)有異種鋼(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)方法，但是在施(shi)工(gong)現(xian)場較難保證質量。這種情況(kuang)常應按照圖(tu)(tu)1.1.11（g）、（f）選用(yong)(yong)，用(yong)(yong)法蘭(lan)過渡連接(jie)(jie)。

  b. 為了避(bi)免套管產生共(gong)振，需要盡可能提高套管固有頻(pin)率(lv)或(huo)降低(di)渦激頻(pin)率(lv)。

    ①. 減小插入(ru)管(guan)長度

        根據(ju)插入管(guan)(guan)固有頻率(lv)計算公式(shi)可(ke)知，插入管(guan)(guan)固有頻率(lv)與長度(du)L的(de)平(ping)方成反比。因(yin)此，在保證測量精度(du)的(de)前提下(xia)，減(jian)小L可(ke)以有效提高(gao)插入管(guan)(guan)固有頻率(lv)。

    ②. 增大插(cha)入管支撐處直徑(jing)

        增(zeng)大插入(ru)管(guan)支撐處直(zhi)徑A也會提高固有(you)頻率，采用錐形插人管(guan)和階梯形插人管(guan)通常(chang)優于直(zhi)形插入(ru)管(guan)。

    ③. 降(jiang)低流(liu)速

        渦激頻率與介質流速成正比關系(xi)，在工(gong)況允許的條件(jian)下，降低流速可以有效降低渦激頻率，從(cong)而避免插(cha)入管共振(zhen)。

    ④. 安(an)裝位(wei)置

       為(wei)了避(bi)(bi)免不穩(wen)定(ding)流(liu)的耦合，插(cha)入管安裝(zhuang)應避(bi)(bi)開閥門、三通、孔(kong)板等附近位置。

    ⑤. 設置支撐(cheng)圈

      有的(de)工(gong)程直接(jie)在主管(guan)上開孔(kong)，未設(she)置管(guan)接(jie)頭就(jiu)把儀表(biao)連(lian)接(jie)件插(cha)(cha)入(ru)并焊接(jie)，造(zao)成了事故隱患，除(chu)了這(zhe)種流(liu)量計插(cha)(cha)管(guan)，還有溫度計插(cha)(cha)管(guan)等類似情況(kuang)，連(lian)接(jie)件可(ke)設(she)置支撐(cheng)圈、補強(qiang)板或采用其他形式的(de)支撐(cheng)。支撐(cheng)圈與插(cha)(cha)入(ru)管(guan)之間(jian)的(de)間(jian)隙充滿黏性流(liu)體會顯(xian)著增加阻尼，從而(er)抑制插(cha)(cha)入(ru)管(guan)的(de)共振(zhen)。

管(guan)(guan)道(dao)(dao)器(qi)材選用(yong)需(xu)要參考的(de)配(pei)管(guan)(guan)設計、管(guan)(guan)道(dao)(dao)應(ying)力(li)分析內容見《工(gong)(gong)業管(guan)(guan)道(dao)(dao)配(pei)管(guan)(guan)設計與(yu)工(gong)(gong)程應(ying)用(yong)》《管(guan)(guan)道(dao)(dao)應(ying)力(li)分析與(yu)工(gong)(gong)程應(ying)用(yong)》的(de)詳細講述(shu)。