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. 渦激頻率的計算(suan)
管內流(liu)(liu)(liu)體流(liu)(liu)(liu)過流(liu)(liu)(liu)量計(ji)插入管時，會(hui)形成(cheng)兩列幾(ji)乎穩定的、非對稱的、交(jiao)替脫落的、旋轉方(fang)向(xiang)相反的渦(wo)(wo)流(liu)(liu)(liu)（即卡門渦(wo)(wo)街(jie)），從而產(chan)生周期(qi)性變化的沿流(liu)(liu)(liu)動方(fang)向(xiang)及垂直流(liu)(liu)(liu)動方(fang)向(xiang)的力作用到流(liu)(liu)(liu)量計(ji)插入管。當渦(wo)(wo)脫頻(pin)率與(yu)流(liu)(liu)(liu)量計(ji)插入管固有(you)頻(pin)率接近(jin)時，則引(yin)起流(liu)(liu)(liu)量計(ji)插入管共振，嚴(yan)重時導致(zhi)疲(pi)勞(lao)斷裂(lie)，如(ru)圖1.1.8所(suo)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(que)定時，斯特(te)勞(lao)哈(ha)爾(er)數Sr近似(si)選(xuan)取0.22。
2. 流(liu)量計插入管固(gu)有頻(pin)率計算(suan)
流量計(ji)插入管固有(you)頻率計(ji)算，見(jian)式（1.1.4）和圖1.1.9。
對于(yu)直形(xing)插(cha)入(ru)管(guan)(guan)，Da為插(cha)入(ru)管(guan)(guan)直徑；對于(yu)錐形(xing)插(cha)入(ru)管(guan)(guan)，Da=(A+B)/2；對于(yu)階梯形(xing)插(cha)入(ru)管(guan)(guan)，Da=A。
初(chu)步計算(suan)插入管固(gu)有頻(pin)率后，再(zai)考慮形狀(zhuang)、介質(zhi)(zhi)、質(zhi)(zhi)量、安裝(zhuang)等修(xiu)正系數，最終確定安裝(zhuang)狀(zhuang)態下(xia)套管的固(gu)有頻(pin)率。
3．頻率(lv)校核
在(zai)進行校核(he)時，至(zhi)少要(yao)保(bao)證渦(wo)激(ji)頻率與套管固有頻率錯開20％。由于流(liu)動方(fang)向(xiang)的激(ji)勵頻率和(he)垂直(zhi)流(liu)動方(fang)向(xiang)的激(ji)勵頻率不同，校核(he)時兩個方(fang)向(xiang)的頻率均應考慮，即介質(zhi)流(liu)速(su)要(yao)避開圖1.1.10中灰色(se)部分(fen)的流(liu)速(su)。在(zai)進行渦(wo)激(ji)頻率計(ji)算時，除(chu)了考慮正常(chang)(chang)操(cao)作(zuo)工(gong)(gong)況(kuang)的介質(zhi)流(liu)速(su)外，還應考慮可(ke)能(neng)存在(zai)的超出正常(chang)(chang)操(cao)作(zuo)工(gong)(gong)況(kuang)流(liu)速(su)的情(qing)況(kuang)，如啟機、停(ting)機和(he)壓力(li)泄放等工(gong)(gong)況(kuang)。
4．渦激(ji)振動工(gong)況管道器材選用設(she)計要點
a. 接(jie)(jie)頭(tou)(tou)連接(jie)(jie)件(jian)的(de)選用(yong)(yong)(yong)(yong)。如(ru)(ru)圖(tu)1.1.11所示，接(jie)(jie)頭(tou)(tou)連接(jie)(jie)件(jian)的(de)選用(yong)(yong)(yong)(yong)錯誤在(zai)工程(cheng)(cheng)設計中經常(chang)發生。有(you)的(de)工程(cheng)(cheng)管(guan)道專業(ye)把儀表連接(jie)(jie)件(jian)選用(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)分工劃(hua)給(gei)儀表專業(ye)，因這種儀表經常(chang)用(yong)(yong)(yong)(yong)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)，如(ru)(ru)果管(guan)道為碳鋼(gang)(gang)的(de)，因專業(ye)分工不(bu)清(qing)楚(chu)，造成(cheng)施(shi)工現場不(bu)銹鋼(gang)(gang)與碳鋼(gang)(gang)直接(jie)(jie)焊(han)接(jie)(jie)，雖然有(you)異(yi)種鋼(gang)(gang)焊(han)接(jie)(jie)方法(fa)，但是在(zai)施(shi)工現場較難保證質量。這種情況常(chang)應按照圖(tu)1.1.11（g）、（f）選用(yong)(yong)(yong)(yong)，用(yong)(yong)(yong)(yong)法(fa)蘭(lan)過渡連接(jie)(jie)。
b. 為了避免套管產生(sheng)共振，需要盡(jin)可(ke)能提高套管固有頻率(lv)或(huo)降低渦激頻率(lv)。
①. 減小插入管長度
根據(ju)插(cha)(cha)入管固(gu)有(you)頻(pin)率計(ji)算公式可知，插(cha)(cha)入管固(gu)有(you)頻(pin)率與長度L的平方成反比。因(yin)此，在保證測(ce)量精度的前(qian)提下，減小L可以有(you)效提高(gao)插(cha)(cha)入管固(gu)有(you)頻(pin)率。
②. 增大插入管支撐處直徑
增大插(cha)(cha)入(ru)管支撐處直(zhi)徑(jing)A也會(hui)提高固有頻率(lv)，采用錐形(xing)插(cha)(cha)人管和階梯形(xing)插(cha)(cha)人管通常優于直(zhi)形(xing)插(cha)(cha)入(ru)管。
③. 降低(di)流(liu)速
渦(wo)激頻率與介質流速成正比關(guan)系(xi)，在工況允許(xu)的條件下，降低(di)流速可以有效(xiao)降低(di)渦(wo)激頻率，從而避免插入(ru)管共(gong)振。
④. 安裝位置
為(wei)了(le)避免不穩定(ding)流(liu)的耦(ou)合，插入管(guan)安裝應避開閥門、三通、孔板等(deng)附近位置。
⑤. 設置支撐圈
有(you)(you)的(de)工程(cheng)直接在主管上開孔，未設置(zhi)管接頭就把儀表(biao)連接件插(cha)入并焊接，造(zao)成了(le)事故(gu)隱患，除了(le)這種(zhong)流量計插(cha)管，還有(you)(you)溫度計插(cha)管等類似情況(kuang)，連接件可設置(zhi)支撐(cheng)(cheng)圈(quan)(quan)、補(bu)強(qiang)板或采(cai)用其他形式的(de)支撐(cheng)(cheng)。支撐(cheng)(cheng)圈(quan)(quan)與插(cha)入管之間(jian)的(de)間(jian)隙(xi)充滿黏性流體會顯(xian)著增加(jia)阻尼，從而(er)抑制插(cha)入管的(de)共振。
管(guan)(guan)道(dao)(dao)器材選(xuan)用(yong)需要(yao)參考的配(pei)管(guan)(guan)設(she)計、管(guan)(guan)道(dao)(dao)應(ying)(ying)力(li)分(fen)析(xi)內容見《工(gong)業管(guan)(guan)道(dao)(dao)配(pei)管(guan)(guan)設(she)計與(yu)工(gong)程應(ying)(ying)用(yong)》《管(guan)(guan)道(dao)(dao)應(ying)(ying)力(li)分(fen)析(xi)與(yu)工(gong)程應(ying)(ying)用(yong)》的詳細講述。
