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(pin)率的計算
管內流(liu)體流(liu)過流(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)插入(ru)(ru)管時，會形(xing)成兩(liang)列(lie)幾乎穩定(ding)的、非對稱(cheng)的、交替脫落的、旋轉(zhuan)方(fang)向相(xiang)反的渦流(liu)（即卡門渦街），從而產生周(zhou)期性變化的沿流(liu)動方(fang)向及垂直流(liu)動方(fang)向的力作用到流(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)插入(ru)(ru)管。當渦脫頻率與流(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)插入(ru)(ru)管固有頻率接近時，則引起流(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)插入(ru)(ru)管共振，嚴(yan)重時導致(zhi)疲勞斷(duan)裂(lie)，如圖1.1.8所示。
流量計(ji)插入管渦激頻率可按式（1.1.1）估算：
當(dang)黏度(du)不確(que)定時，斯特(te)勞哈爾數Sr近似選取(qu)0.22。
2. 流量計(ji)插入管固有(you)頻(pin)率計(ji)算
流量計(ji)插入管固(gu)有頻率(lv)計(ji)算，見式(shi)（1.1.4）和圖1.1.9。
對于(yu)(yu)(yu)直形插入(ru)管(guan)(guan)，Da為插入(ru)管(guan)(guan)直徑；對于(yu)(yu)(yu)錐(zhui)形插入(ru)管(guan)(guan)，Da=(A+B)/2；對于(yu)(yu)(yu)階梯形插入(ru)管(guan)(guan)，Da=A。
初步(bu)計算插(cha)入管固有(you)頻(pin)(pin)率后，再考慮形狀(zhuang)、介(jie)質(zhi)、質(zhi)量(liang)、安(an)裝(zhuang)等修正系數，最終確定(ding)安(an)裝(zhuang)狀(zhuang)態下套管的固有(you)頻(pin)(pin)率。
3．頻(pin)率校核
在(zai)進行校核時(shi)，至少要(yao)保證渦激(ji)頻(pin)率(lv)與套(tao)管固有頻(pin)率(lv)錯開(kai)20％。由(you)于流(liu)動(dong)方(fang)向(xiang)的(de)激(ji)勵頻(pin)率(lv)和垂直流(liu)動(dong)方(fang)向(xiang)的(de)激(ji)勵頻(pin)率(lv)不(bu)同，校核時(shi)兩個方(fang)向(xiang)的(de)頻(pin)率(lv)均(jun)應(ying)考慮(lv)，即介(jie)質(zhi)流(liu)速要(yao)避開(kai)圖1.1.10中(zhong)灰色部分的(de)流(liu)速。在(zai)進行渦激(ji)頻(pin)率(lv)計算時(shi)，除了考慮(lv)正(zheng)常(chang)操作工況(kuang)的(de)介(jie)質(zhi)流(liu)速外(wai)，還應(ying)考慮(lv)可(ke)能存在(zai)的(de)超出正(zheng)常(chang)操作工況(kuang)流(liu)速的(de)情(qing)況(kuang)，如啟機、停機和壓(ya)力泄放等工況(kuang)。
4．渦激振(zhen)動工況(kuang)管道器材選用設計要點(dian)
a. 接(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)件的(de)(de)(de)選用(yong)。如圖(tu)1.1.11所示，接(jie)(jie)頭連接(jie)(jie)件的(de)(de)(de)選用(yong)錯誤在工(gong)(gong)程設計中經常(chang)發(fa)生。有(you)的(de)(de)(de)工(gong)(gong)程管(guan)道專業(ye)把儀表(biao)連接(jie)(jie)件選用(yong)的(de)(de)(de)分工(gong)(gong)劃給儀表(biao)專業(ye)，因(yin)這種儀表(biao)經常(chang)用(yong)不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)，如果管(guan)道為(wei)碳鋼(gang)的(de)(de)(de)，因(yin)專業(ye)分工(gong)(gong)不清(qing)楚，造成(cheng)施工(gong)(gong)現場不銹鋼(gang)與(yu)碳鋼(gang)直接(jie)(jie)焊接(jie)(jie)，雖然有(you)異(yi)種鋼(gang)焊接(jie)(jie)方法(fa)，但(dan)是在施工(gong)(gong)現場較難保證質(zhi)量。這種情況常(chang)應按照圖(tu)1.1.11（g）、（f）選用(yong)，用(yong)法(fa)蘭過渡連接(jie)(jie)。
b. 為了避免(mian)套(tao)管產生共振，需要盡(jin)可能提高套(tao)管固有頻率或降低渦激頻率。
①. 減小插入管(guan)長度
根據插入管固有(you)(you)頻(pin)率(lv)計算公(gong)式可知，插入管固有(you)(you)頻(pin)率(lv)與長度(du)L的(de)平方(fang)成反比。因此(ci)，在(zai)保證測量(liang)精度(du)的(de)前提下，減(jian)小L可以(yi)有(you)(you)效提高(gao)插入管固有(you)(you)頻(pin)率(lv)。
②. 增大插(cha)入(ru)管支撐處(chu)直徑
增大(da)插入管支(zhi)撐處直徑A也會(hui)提高固有頻率，采(cai)用錐(zhui)形(xing)插人管和階梯形(xing)插人管通常優(you)于(yu)直形(xing)插入管。
③. 降低流(liu)速
渦激頻(pin)率(lv)與(yu)介質流(liu)速成正比(bi)關系，在(zai)工況允許的條(tiao)件下，降低流(liu)速可以有效降低渦激頻(pin)率(lv)，從而避免插入管(guan)共振。
④. 安裝位置(zhi)
為(wei)了(le)避免不穩(wen)定流的耦(ou)合，插入管安(an)裝應避開閥(fa)門、三通、孔板(ban)等附近位(wei)置。
⑤. 設置支撐圈(quan)
有的工程直接在主管上開孔(kong)，未設(she)置(zhi)管接頭就(jiu)把儀表連(lian)接件插入并(bing)焊接，造(zao)成了事(shi)故隱患，除了這種流量計插管，還(huan)有溫度計插管等類似(si)情況，連(lian)接件可設(she)置(zhi)支(zhi)撐(cheng)圈、補強板或(huo)采(cai)用(yong)其他形式的支(zhi)撐(cheng)。支(zhi)撐(cheng)圈與插入管之間(jian)的間(jian)隙充滿黏性(xing)流體會顯著增加阻尼，從而抑制插入管的共振(zhen)。
管(guan)道(dao)(dao)器材選用(yong)需(xu)要參考的(de)(de)配(pei)管(guan)設計、管(guan)道(dao)(dao)應力(li)分析內(nei)容見《工業(ye)管(guan)道(dao)(dao)配(pei)管(guan)設計與工程(cheng)應用(yong)》《管(guan)道(dao)(dao)應力(li)分析與工程(cheng)應用(yong)》的(de)(de)詳(xiang)細講述。
