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(ji)頻率的計算
管內流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)體流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)過流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量計(ji)插(cha)入管時(shi)，會形成兩(liang)列幾乎穩定的(de)、非對稱的(de)、交替脫(tuo)落(luo)的(de)、旋轉方向相(xiang)反(fan)的(de)渦(wo)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)（即卡(ka)門渦(wo)街），從而產(chan)生周期(qi)性變化的(de)沿流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)動方向及垂直(zhi)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)動方向的(de)力(li)作用(yong)到流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量計(ji)插(cha)入管。當渦(wo)脫(tuo)頻率(lv)與流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量計(ji)插(cha)入管固有頻率(lv)接近(jin)時(shi)，則(ze)引起流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量計(ji)插(cha)入管共振，嚴重時(shi)導致疲勞斷裂，如圖1.1.8所示。
流量(liang)計插入管渦(wo)激頻率可按式（1.1.1）估(gu)算：
當黏度不確定時，斯特勞哈爾數Sr近(jin)似選(xuan)取0.22。
2. 流量(liang)計插入管(guan)固有頻率計算
流(liu)量計插(cha)入管固(gu)有頻率(lv)計算(suan)，見式（1.1.4）和圖1.1.9。
對(dui)于(yu)直形(xing)(xing)插入(ru)管(guan)，Da為(wei)插入(ru)管(guan)直徑(jing)；對(dui)于(yu)錐(zhui)形(xing)(xing)插入(ru)管(guan)，Da=(A+B)/2；對(dui)于(yu)階梯形(xing)(xing)插入(ru)管(guan)，Da=A。
初步計算(suan)插入管固(gu)有(you)頻率(lv)后，再(zai)考慮形狀、介質(zhi)、質(zhi)量、安裝(zhuang)等修(xiu)正系數，最終確定安裝(zhuang)狀態下套管的(de)固(gu)有(you)頻率(lv)。
3．頻率校核
在進行(xing)校(xiao)核時(shi)，至少要保證(zheng)渦激(ji)(ji)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)與套管固有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)錯開20％。由于流(liu)(liu)動方向的(de)(de)激(ji)(ji)勵(li)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)和垂直流(liu)(liu)動方向的(de)(de)激(ji)(ji)勵(li)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)不(bu)同，校(xiao)核時(shi)兩個(ge)方向的(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)均應(ying)考(kao)慮，即介(jie)質(zhi)流(liu)(liu)速要避開圖1.1.10中(zhong)灰色部(bu)分的(de)(de)流(liu)(liu)速。在進行(xing)渦激(ji)(ji)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)計算時(shi)，除了考(kao)慮正常(chang)操(cao)作工況的(de)(de)介(jie)質(zhi)流(liu)(liu)速外，還應(ying)考(kao)慮可能存在的(de)(de)超(chao)出正常(chang)操(cao)作工況流(liu)(liu)速的(de)(de)情況，如啟(qi)機(ji)、停機(ji)和壓力泄放等工況。
4．渦激振(zhen)動工況(kuang)管(guan)道器材(cai)選用設計要點
a. 接頭(tou)連接件(jian)的選(xuan)用(yong)(yong)(yong)。如圖(tu)1.1.11所示，接頭(tou)連接件(jian)的選(xuan)用(yong)(yong)(yong)錯誤在(zai)工(gong)程設計中(zhong)經(jing)常發(fa)生。有的工(gong)程管道專(zhuan)業把(ba)儀(yi)表連接件(jian)選(xuan)用(yong)(yong)(yong)的分(fen)工(gong)劃給儀(yi)表專(zhuan)業，因這種(zhong)儀(yi)表經(jing)常用(yong)(yong)(yong)不銹鋼(gang)的，如果管道為碳鋼(gang)的，因專(zhuan)業分(fen)工(gong)不清楚(chu)，造(zao)成施(shi)工(gong)現場不銹鋼(gang)與(yu)碳鋼(gang)直接焊接，雖然有異種(zhong)鋼(gang)焊接方法，但是在(zai)施(shi)工(gong)現場較難保(bao)證質量。這種(zhong)情況常應按照圖(tu)1.1.11（g）、（f）選(xuan)用(yong)(yong)(yong)，用(yong)(yong)(yong)法蘭過(guo)渡(du)連接。
b. 為了避免套管產生(sheng)共振，需(xu)要盡可(ke)能提(ti)高套管固有(you)頻率或降低渦激頻率。
①. 減小插(cha)入管長(chang)度
根據插入(ru)(ru)(ru)管(guan)固(gu)有頻率(lv)(lv)計算公式可知，插入(ru)(ru)(ru)管(guan)固(gu)有頻率(lv)(lv)與長度L的(de)平(ping)方(fang)成反比。因(yin)此，在保(bao)證測量精度的(de)前提(ti)下，減小L可以(yi)有效提(ti)高插入(ru)(ru)(ru)管(guan)固(gu)有頻率(lv)(lv)。
②. 增大插入管支撐處直徑
增大插(cha)入管支撐處(chu)直徑A也會提(ti)高固有頻率，采用錐形插(cha)人管和階梯形插(cha)人管通(tong)常優于直形插(cha)入管。
③. 降(jiang)低(di)流速
渦激頻(pin)率與(yu)介質(zhi)流(liu)速成正比關(guan)系，在(zai)工況允(yun)許的條件下，降(jiang)低(di)流(liu)速可(ke)以(yi)有效降(jiang)低(di)渦激頻(pin)率，從而避(bi)免插入管共(gong)振。
④. 安裝位(wei)置
為了避(bi)免不穩定流(liu)的耦合，插入(ru)管安裝應避(bi)開閥門、三通、孔板等附近位(wei)置。
⑤. 設(she)置(zhi)支撐圈
有的(de)(de)工程(cheng)直(zhi)接在主管上開孔，未設(she)置(zhi)管接頭就把儀表連接件插入(ru)(ru)并焊接，造成了事故隱患，除了這種流(liu)量(liang)計插管，還有溫度(du)計插管等類似情況，連接件可設(she)置(zhi)支撐(cheng)圈(quan)、補(bu)強板或采用其他形式的(de)(de)支撐(cheng)。支撐(cheng)圈(quan)與插入(ru)(ru)管之間的(de)(de)間隙充滿黏性流(liu)體會(hui)顯著增加阻尼，從(cong)而抑制(zhi)插入(ru)(ru)管的(de)(de)共振(zhen)。
管(guan)(guan)道器材選用需要(yao)參考的配管(guan)(guan)設計(ji)、管(guan)(guan)道應力分(fen)析內(nei)容見《工業管(guan)(guan)道配管(guan)(guan)設計(ji)與(yu)工程應用》《管(guan)(guan)道應力分(fen)析與(yu)工程應用》的詳細(xi)講述。
