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(wo)激頻(pin)率的(de)計算
管(guan)(guan)內流(liu)(liu)(liu)體流(liu)(liu)(liu)過流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)(ji)插(cha)(cha)入(ru)管(guan)(guan)時，會形成兩列(lie)幾乎穩定(ding)的(de)(de)、非對稱的(de)(de)、交替脫落(luo)的(de)(de)、旋轉方向(xiang)相反(fan)的(de)(de)渦流(liu)(liu)(liu)（即(ji)卡門(men)渦街），從而產(chan)生周期性變化的(de)(de)沿流(liu)(liu)(liu)動(dong)方向(xiang)及垂直(zhi)流(liu)(liu)(liu)動(dong)方向(xiang)的(de)(de)力(li)作用到流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)(ji)插(cha)(cha)入(ru)管(guan)(guan)。當渦脫頻(pin)率與流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)(ji)插(cha)(cha)入(ru)管(guan)(guan)固(gu)有頻(pin)率接近時，則引起(qi)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)(ji)插(cha)(cha)入(ru)管(guan)(guan)共振，嚴重時導致疲勞(lao)斷裂，如圖1.1.8所示。
流量計插入管渦激頻率可按式（1.1.1）估(gu)算：
當(dang)黏(nian)度(du)不確定時，斯特勞哈爾數(shu)Sr近似選取0.22。
2. 流量計插入管固有頻率計算
流(liu)量計插(cha)入管(guan)固有頻率(lv)計算，見式（1.1.4）和(he)圖1.1.9。
對于直形插入(ru)(ru)(ru)管，Da為(wei)插入(ru)(ru)(ru)管直徑；對于錐(zhui)形插入(ru)(ru)(ru)管，Da=(A+B)/2；對于階梯形插入(ru)(ru)(ru)管，Da=A。
初步計算插入管(guan)固有頻(pin)率(lv)后，再考慮形狀、介(jie)質(zhi)(zhi)、質(zhi)(zhi)量、安裝(zhuang)等修正系數，最(zui)終確定安裝(zhuang)狀態下套管(guan)的固有頻(pin)率(lv)。
3．頻率校(xiao)核
在(zai)進(jin)行校核時(shi)，至少要保證渦激頻率(lv)(lv)(lv)與套管(guan)固(gu)有頻率(lv)(lv)(lv)錯開20％。由于(yu)流動方向(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)激勵頻率(lv)(lv)(lv)和(he)垂(chui)直流動方向(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)激勵頻率(lv)(lv)(lv)不(bu)同，校核時(shi)兩個方向(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)頻率(lv)(lv)(lv)均應考(kao)(kao)慮，即介質(zhi)流速(su)要避開圖1.1.10中灰(hui)色部分的(de)(de)(de)流速(su)。在(zai)進(jin)行渦激頻率(lv)(lv)(lv)計算(suan)時(shi)，除了考(kao)(kao)慮正常(chang)操(cao)作(zuo)工況的(de)(de)(de)介質(zhi)流速(su)外，還應考(kao)(kao)慮可能存在(zai)的(de)(de)(de)超出正常(chang)操(cao)作(zuo)工況流速(su)的(de)(de)(de)情況，如啟機、停機和(he)壓力(li)泄放(fang)等(deng)工況。
4．渦激振動工況管道器(qi)材選用設計要點(dian)
a. 接(jie)頭(tou)連(lian)接(jie)件的選用。如圖(tu)1.1.11所示，接(jie)頭(tou)連(lian)接(jie)件的選用錯誤在工程設(she)計中經常(chang)發生。有(you)(you)的工程管道專業把(ba)儀表(biao)連(lian)接(jie)件選用的分工劃給(gei)儀表(biao)專業，因這種儀表(biao)經常(chang)用不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的，如果管道為(wei)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)的，因專業分工不(bu)清楚，造成(cheng)施工現場不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)與(yu)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)直接(jie)焊(han)接(jie)，雖然有(you)(you)異種鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)接(jie)方法(fa)，但是在施工現場較難保證質量。這種情況常(chang)應(ying)按照圖(tu)1.1.11（g）、（f）選用，用法(fa)蘭過渡連(lian)接(jie)。
b. 為了避免(mian)套管產生共振，需要(yao)盡(jin)可能提高套管固有(you)頻率(lv)或降低渦(wo)激頻率(lv)。
①. 減小插(cha)入管(guan)長度
根據插入管(guan)固有(you)(you)(you)頻(pin)率(lv)計(ji)算公式可(ke)知，插入管(guan)固有(you)(you)(you)頻(pin)率(lv)與(yu)長度(du)L的平方(fang)成反比。因此，在保證測量精度(du)的前(qian)提下，減小L可(ke)以(yi)有(you)(you)(you)效提高(gao)插入管(guan)固有(you)(you)(you)頻(pin)率(lv)。
②. 增(zeng)大(da)插(cha)入管(guan)支撐(cheng)處直徑
增大插(cha)入(ru)管(guan)支撐處直(zhi)徑A也會提高固有頻率(lv)，采用錐形插(cha)人(ren)管(guan)和階梯形插(cha)人(ren)管(guan)通(tong)常優于直(zhi)形插(cha)入(ru)管(guan)。
③. 降低流速
渦激(ji)頻(pin)率與介質流速成正(zheng)比關系，在(zai)工況允許的條件下(xia)，降低(di)流速可以有效降低(di)渦激(ji)頻(pin)率，從而(er)避免插入管共振(zhen)。
④. 安裝位置
為了(le)避免不穩定流的耦合，插入管(guan)安裝(zhuang)應(ying)避開閥門、三通、孔(kong)板(ban)等附近位置。
⑤. 設置(zhi)支(zhi)撐圈(quan)
有的工程直接在主管(guan)上(shang)開(kai)孔，未設置管(guan)接頭(tou)就把儀表連接件(jian)插(cha)(cha)(cha)入并焊接，造成了(le)事(shi)故隱患，除了(le)這(zhe)種(zhong)流(liu)量(liang)計(ji)插(cha)(cha)(cha)管(guan)，還有溫度計(ji)插(cha)(cha)(cha)管(guan)等類似情況，連接件(jian)可(ke)設置支撐圈(quan)、補強板(ban)或采用(yong)其他形式的支撐。支撐圈(quan)與插(cha)(cha)(cha)入管(guan)之間的間隙充(chong)滿黏(nian)性流(liu)體會顯著增加(jia)阻尼，從而抑制插(cha)(cha)(cha)入管(guan)的共(gong)振。
管(guan)(guan)道(dao)器材選用需要參考(kao)的(de)配管(guan)(guan)設(she)計(ji)、管(guan)(guan)道(dao)應(ying)力分析內容見《工(gong)業管(guan)(guan)道(dao)配管(guan)(guan)設(she)計(ji)與(yu)工(gong)程應(ying)用》《管(guan)(guan)道(dao)應(ying)力分析與(yu)工(gong)程應(ying)用》的(de)詳細講述。
