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(ji)算
管內(nei)流(liu)(liu)(liu)體(ti)流(liu)(liu)(liu)過流(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)入(ru)管時(shi)，會形成兩(liang)列幾(ji)乎穩定的(de)(de)、非(fei)對(dui)稱的(de)(de)、交替脫落的(de)(de)、旋轉方(fang)向(xiang)相反(fan)的(de)(de)渦(wo)流(liu)(liu)(liu)（即(ji)卡(ka)門渦(wo)街），從而產生周期性變化(hua)的(de)(de)沿流(liu)(liu)(liu)動方(fang)向(xiang)及垂直流(liu)(liu)(liu)動方(fang)向(xiang)的(de)(de)力作用到流(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)入(ru)管。當渦(wo)脫頻率(lv)與流(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)入(ru)管固有(you)頻率(lv)接(jie)近時(shi)，則引起流(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)入(ru)管共振(zhen)，嚴重時(shi)導致疲勞斷裂，如圖1.1.8所示。
流量計插(cha)入管渦激頻率可按式（1.1.1）估算：
當黏(nian)度不確定時(shi)，斯特(te)勞哈爾數Sr近似選取0.22。
2. 流量計(ji)插入管固(gu)有頻(pin)率計(ji)算
流量計插入管(guan)固(gu)有頻率計算，見式（1.1.4）和圖1.1.9。
對(dui)于直(zhi)形插(cha)(cha)(cha)入(ru)管，Da為(wei)插(cha)(cha)(cha)入(ru)管直(zhi)徑；對(dui)于錐形插(cha)(cha)(cha)入(ru)管，Da=(A+B)/2；對(dui)于階梯(ti)形插(cha)(cha)(cha)入(ru)管，Da=A。
初步計算插入管(guan)固(gu)有(you)頻率后，再考慮形(xing)狀、介質(zhi)、質(zhi)量(liang)、安裝等修(xiu)正系數，最終(zhong)確定(ding)安裝狀態下套管(guan)的固(gu)有(you)頻率。
3．頻(pin)率校核
在(zai)進行(xing)校核時(shi)，至少要(yao)保證渦(wo)激頻(pin)率(lv)與套管固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)錯(cuo)開(kai)20％。由(you)于流(liu)(liu)(liu)動方向(xiang)的激勵頻(pin)率(lv)和垂(chui)直(zhi)流(liu)(liu)(liu)動方向(xiang)的激勵頻(pin)率(lv)不同，校核時(shi)兩個方向(xiang)的頻(pin)率(lv)均應考慮(lv)，即(ji)介(jie)質流(liu)(liu)(liu)速要(yao)避開(kai)圖1.1.10中灰(hui)色部分的流(liu)(liu)(liu)速。在(zai)進行(xing)渦(wo)激頻(pin)率(lv)計算時(shi)，除了考慮(lv)正常操(cao)作工(gong)(gong)況(kuang)(kuang)的介(jie)質流(liu)(liu)(liu)速外(wai)，還(huan)應考慮(lv)可能存在(zai)的超出正常操(cao)作工(gong)(gong)況(kuang)(kuang)流(liu)(liu)(liu)速的情況(kuang)(kuang)，如啟機、停機和壓力泄放等工(gong)(gong)況(kuang)(kuang)。
4．渦激振動工況管道器(qi)材選用設(she)計要點(dian)
a. 接(jie)頭(tou)(tou)連接(jie)件(jian)的選(xuan)(xuan)用。如(ru)圖1.1.11所示，接(jie)頭(tou)(tou)連接(jie)件(jian)的選(xuan)(xuan)用錯(cuo)誤在(zai)工(gong)程設(she)計中經(jing)常(chang)(chang)發生。有(you)的工(gong)程管(guan)(guan)道專(zhuan)(zhuan)業把(ba)儀表(biao)連接(jie)件(jian)選(xuan)(xuan)用的分(fen)工(gong)劃(hua)給儀表(biao)專(zhuan)(zhuan)業，因這種儀表(biao)經(jing)常(chang)(chang)用不(bu)銹鋼的，如(ru)果管(guan)(guan)道為碳鋼的，因專(zhuan)(zhuan)業分(fen)工(gong)不(bu)清楚，造成施工(gong)現場不(bu)銹鋼與碳鋼直接(jie)焊接(jie)，雖然(ran)有(you)異種鋼焊接(jie)方法，但是(shi)在(zai)施工(gong)現場較難保(bao)證質量。這種情(qing)況常(chang)(chang)應按照圖1.1.11（g）、（f）選(xuan)(xuan)用，用法蘭過渡連接(jie)。
b. 為了避(bi)免套管產生(sheng)共(gong)振，需(xu)要盡可能提高套管固有頻率(lv)或降低(di)渦激頻率(lv)。
①. 減小插入管長(chang)度
根據插(cha)入(ru)管(guan)固有頻率計算公式可知(zhi)，插(cha)入(ru)管(guan)固有頻率與(yu)長(chang)度L的平方成反比。因此，在保證測(ce)量精度的前提下，減小L可以(yi)有效提高插(cha)入(ru)管(guan)固有頻率。
②. 增大插入管支撐處(chu)直(zhi)徑(jing)
增(zeng)大插入管支撐處直徑A也會提(ti)高固有頻率，采用錐形插人(ren)管和階(jie)梯形插人(ren)管通常(chang)優(you)于直形插入管。
③. 降低流速(su)
渦激(ji)頻(pin)率與介質流速成正比(bi)關(guan)系，在(zai)工況允許(xu)的條(tiao)件下(xia)，降低(di)流速可(ke)以有效降低(di)渦激(ji)頻(pin)率，從而避免(mian)插入管共振。
④. 安裝位置
為了避免不穩定(ding)流的耦合，插入管安(an)裝應避開閥(fa)門(men)、三通、孔板等附近位(wei)置(zhi)。
⑤. 設置(zhi)支撐(cheng)圈
有(you)(you)的(de)工程直接在主管(guan)上開孔，未設置管(guan)接頭就(jiu)把儀表連接件插入并焊接，造成了事(shi)故(gu)隱患，除了這(zhe)種流量(liang)計(ji)插管(guan)，還有(you)(you)溫度計(ji)插管(guan)等類(lei)似(si)情況(kuang)，連接件可設置支(zhi)撐圈(quan)、補強板或采用(yong)其(qi)他形式的(de)支(zhi)撐。支(zhi)撐圈(quan)與插入管(guan)之間(jian)的(de)間(jian)隙充(chong)滿黏性(xing)流體會(hui)顯著增(zeng)加阻(zu)尼，從而抑制插入管(guan)的(de)共振。
管道(dao)器材選用需要(yao)參考的配管設(she)計、管道(dao)應(ying)力(li)分析內容見《工(gong)(gong)業(ye)管道(dao)配管設(she)計與工(gong)(gong)程(cheng)應(ying)用》《管道(dao)應(ying)力(li)分析與工(gong)(gong)程(cheng)應(ying)用》的詳細講(jiang)述。
