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(wan)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(wo)激頻率的計算
管(guan)(guan)內流(liu)(liu)(liu)體流(liu)(liu)(liu)過流(liu)(liu)(liu)量(liang)計插(cha)(cha)入(ru)管(guan)(guan)時(shi)，會形成兩列幾乎穩定的(de)(de)(de)、非對稱的(de)(de)(de)、交(jiao)替脫落的(de)(de)(de)、旋(xuan)轉(zhuan)方向相(xiang)反(fan)的(de)(de)(de)渦(wo)流(liu)(liu)(liu)（即卡門渦(wo)街(jie)），從(cong)而產生周期性變化的(de)(de)(de)沿流(liu)(liu)(liu)動方向及(ji)垂直流(liu)(liu)(liu)動方向的(de)(de)(de)力作用(yong)到流(liu)(liu)(liu)量(liang)計插(cha)(cha)入(ru)管(guan)(guan)。當(dang)渦(wo)脫頻率與(yu)流(liu)(liu)(liu)量(liang)計插(cha)(cha)入(ru)管(guan)(guan)固有頻率接近(jin)時(shi)，則引起流(liu)(liu)(liu)量(liang)計插(cha)(cha)入(ru)管(guan)(guan)共振，嚴重時(shi)導(dao)致疲勞斷裂，如圖1.1.8所示(shi)。
流量計插入管(guan)渦激頻率可(ke)按式（1.1.1）估(gu)算：
當黏度不確(que)定(ding)時，斯特勞哈(ha)爾(er)數(shu)Sr近似選取(qu)0.22。
2. 流量計插入管固有頻率計算(suan)
流(liu)量計(ji)插(cha)入管固(gu)有頻(pin)率計(ji)算，見式（1.1.4）和(he)圖1.1.9。
對(dui)于(yu)直(zhi)(zhi)形(xing)插入管，Da為插入管直(zhi)(zhi)徑；對(dui)于(yu)錐形(xing)插入管，Da=(A+B)/2；對(dui)于(yu)階(jie)梯形(xing)插入管，Da=A。
初(chu)步計算插(cha)入管固有頻(pin)率(lv)后(hou)，再考慮形狀、介質(zhi)、質(zhi)量(liang)、安(an)裝(zhuang)等修正系(xi)數，最終(zhong)確定安(an)裝(zhuang)狀態(tai)下套管的固有頻(pin)率(lv)。
3．頻(pin)率校核
在進(jin)行校核時，至少要(yao)保證渦激(ji)(ji)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)與套管固(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)(lv)錯開(kai)20％。由(you)于流(liu)(liu)(liu)動方向(xiang)的激(ji)(ji)勵頻(pin)(pin)率(lv)(lv)和垂直流(liu)(liu)(liu)動方向(xiang)的激(ji)(ji)勵頻(pin)(pin)率(lv)(lv)不(bu)同，校核時兩個方向(xiang)的頻(pin)(pin)率(lv)(lv)均應考(kao)慮(lv)(lv)，即(ji)介(jie)質(zhi)流(liu)(liu)(liu)速(su)要(yao)避開(kai)圖1.1.10中灰色部分的流(liu)(liu)(liu)速(su)。在進(jin)行渦激(ji)(ji)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)計算時，除了考(kao)慮(lv)(lv)正常操作工(gong)況的介(jie)質(zhi)流(liu)(liu)(liu)速(su)外(wai)，還應考(kao)慮(lv)(lv)可能(neng)存(cun)在的超(chao)出正常操作工(gong)況流(liu)(liu)(liu)速(su)的情況，如(ru)啟(qi)機(ji)(ji)、停機(ji)(ji)和壓力泄放等工(gong)況。
4．渦激振動工況管道器材選用設計要點
a. 接頭連接件(jian)的(de)(de)選(xuan)用(yong)(yong)。如圖(tu)1.1.11所示，接頭連接件(jian)的(de)(de)選(xuan)用(yong)(yong)錯(cuo)誤在工程設計中經(jing)常發生。有(you)(you)的(de)(de)工程管(guan)道專(zhuan)(zhuan)業把儀表(biao)連接件(jian)選(xuan)用(yong)(yong)的(de)(de)分工劃給儀表(biao)專(zhuan)(zhuan)業，因這(zhe)種儀表(biao)經(jing)常用(yong)(yong)不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)，如果管(guan)道為碳(tan)鋼(gang)的(de)(de)，因專(zhuan)(zhuan)業分工不(bu)清楚(chu)，造成施(shi)工現場不(bu)銹鋼(gang)與(yu)碳(tan)鋼(gang)直接焊接，雖然有(you)(you)異種鋼(gang)焊接方法(fa)，但是在施(shi)工現場較難保(bao)證質量。這(zhe)種情況常應按照圖(tu)1.1.11（g）、（f）選(xuan)用(yong)(yong)，用(yong)(yong)法(fa)蘭過(guo)渡連接。
b. 為了避免套管產生共振(zhen)，需(xu)要盡可能(neng)提高(gao)套管固有頻率(lv)或降低渦激頻率(lv)。
①. 減(jian)小(xiao)插入管長(chang)度(du)
根據(ju)插入(ru)管(guan)固有(you)頻率計算公式可(ke)(ke)知，插入(ru)管(guan)固有(you)頻率與(yu)長度L的平(ping)方成反比。因此，在保證測量精度的前提下(xia)，減小(xiao)L可(ke)(ke)以(yi)有(you)效提高插入(ru)管(guan)固有(you)頻率。
②. 增大插入管(guan)支撐(cheng)處直徑
增大插(cha)入管(guan)支撐處(chu)直(zhi)徑A也會提高固有頻率，采用錐(zhui)形(xing)插(cha)人管(guan)和階(jie)梯(ti)形(xing)插(cha)人管(guan)通常優于(yu)直(zhi)形(xing)插(cha)入管(guan)。
③. 降低(di)流速
渦(wo)激頻率與介(jie)質流速(su)成正比關系，在工況允許(xu)的條件下，降低流速(su)可以有效降低渦(wo)激頻率，從(cong)而避免插入管共振。
④. 安裝位置
為(wei)了(le)避(bi)免不穩(wen)定(ding)流的耦合，插(cha)入管安裝應避(bi)開閥門、三通(tong)、孔板等附近位置。
⑤. 設置支撐圈
有的(de)工程直接在主管(guan)(guan)上開孔(kong)，未(wei)設置(zhi)管(guan)(guan)接頭就把儀表(biao)連接件插(cha)(cha)入(ru)(ru)并(bing)焊接，造(zao)成了事(shi)故隱患，除了這種流量計插(cha)(cha)管(guan)(guan)，還(huan)有溫度計插(cha)(cha)管(guan)(guan)等類似情(qing)況，連接件可設置(zhi)支撐(cheng)圈(quan)、補強板或采(cai)用其他形式的(de)支撐(cheng)。支撐(cheng)圈(quan)與插(cha)(cha)入(ru)(ru)管(guan)(guan)之(zhi)間的(de)間隙充滿(man)黏(nian)性流體會顯著增(zeng)加阻尼(ni)，從而抑制插(cha)(cha)入(ru)(ru)管(guan)(guan)的(de)共振。
管(guan)道(dao)器材選用需(xu)要參考的配管(guan)設計(ji)、管(guan)道(dao)應(ying)力分析內(nei)容(rong)見《工業管(guan)道(dao)配管(guan)設計(ji)與工程應(ying)用》《管(guan)道(dao)應(ying)力分析與工程應(ying)用》的詳細講(jiang)述(shu)。
