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(wo)激頻(pin)率的計算
管(guan)內(nei)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)體流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)過流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量計(ji)(ji)插入(ru)管(guan)時(shi)，會形成兩列幾乎(hu)穩定(ding)的(de)(de)、非對稱的(de)(de)、交(jiao)替脫(tuo)落的(de)(de)、旋轉方向相(xiang)反的(de)(de)渦流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)（即卡門渦街(jie)），從而產生周期性變化的(de)(de)沿(yan)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)方向及垂直流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)方向的(de)(de)力作用到流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量計(ji)(ji)插入(ru)管(guan)。當渦脫(tuo)頻率(lv)與流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量計(ji)(ji)插入(ru)管(guan)固有(you)頻率(lv)接近(jin)時(shi)，則引起流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量計(ji)(ji)插入(ru)管(guan)共(gong)振，嚴重時(shi)導致疲(pi)勞(lao)斷(duan)裂，如圖(tu)1.1.8所示。
流量(liang)計插入管渦激頻率可按式（1.1.1）估(gu)算：
當黏度不確定時(shi)，斯特勞哈爾數(shu)Sr近似選取0.22。
2. 流(liu)量計(ji)插入管固有頻率計(ji)算
流量(liang)計插入管固有頻(pin)率計算，見(jian)式（1.1.4）和圖(tu)1.1.9。
對(dui)于直(zhi)形(xing)插(cha)入管(guan)，Da為(wei)插(cha)入管(guan)直(zhi)徑；對(dui)于錐形(xing)插(cha)入管(guan)，Da=(A+B)/2；對(dui)于階梯形(xing)插(cha)入管(guan)，Da=A。
初步(bu)計(ji)算插入管固(gu)有(you)頻率后，再考慮形狀、介質(zhi)、質(zhi)量、安裝等修正(zheng)系數，最終確定安裝狀態下套(tao)管的固(gu)有(you)頻率。
3．頻(pin)率(lv)校核
在進行校核時(shi)(shi)，至少要(yao)保證渦激頻(pin)(pin)率(lv)與套管固有頻(pin)(pin)率(lv)錯(cuo)開20％。由于流(liu)動(dong)方(fang)(fang)向的(de)激勵(li)頻(pin)(pin)率(lv)和(he)垂直流(liu)動(dong)方(fang)(fang)向的(de)激勵(li)頻(pin)(pin)率(lv)不同(tong)，校核時(shi)(shi)兩個(ge)方(fang)(fang)向的(de)頻(pin)(pin)率(lv)均應(ying)考(kao)慮(lv)，即介質(zhi)流(liu)速(su)要(yao)避(bi)開圖1.1.10中灰色(se)部分(fen)的(de)流(liu)速(su)。在進行渦激頻(pin)(pin)率(lv)計算時(shi)(shi)，除了考(kao)慮(lv)正(zheng)(zheng)常(chang)(chang)操作(zuo)工(gong)況(kuang)的(de)介質(zhi)流(liu)速(su)外(wai)，還應(ying)考(kao)慮(lv)可能存在的(de)超出正(zheng)(zheng)常(chang)(chang)操作(zuo)工(gong)況(kuang)流(liu)速(su)的(de)情況(kuang)，如啟機(ji)、停機(ji)和(he)壓力泄放等工(gong)況(kuang)。
4．渦激振動(dong)工(gong)況管道器材選用(yong)設計要點
a. 接(jie)(jie)(jie)頭(tou)連接(jie)(jie)(jie)件的選(xuan)用(yong)。如圖1.1.11所示(shi)，接(jie)(jie)(jie)頭(tou)連接(jie)(jie)(jie)件的選(xuan)用(yong)錯誤在(zai)工(gong)(gong)(gong)程設計中(zhong)經常發生。有(you)的工(gong)(gong)(gong)程管(guan)道專(zhuan)業把儀(yi)表(biao)連接(jie)(jie)(jie)件選(xuan)用(yong)的分(fen)工(gong)(gong)(gong)劃給(gei)儀(yi)表(biao)專(zhuan)業，因這(zhe)種(zhong)儀(yi)表(biao)經常用(yong)不銹(xiu)鋼(gang)的，如果管(guan)道為碳鋼(gang)的，因專(zhuan)業分(fen)工(gong)(gong)(gong)不清楚，造成施(shi)工(gong)(gong)(gong)現(xian)場不銹(xiu)鋼(gang)與碳鋼(gang)直接(jie)(jie)(jie)焊接(jie)(jie)(jie)，雖然有(you)異種(zhong)鋼(gang)焊接(jie)(jie)(jie)方法，但是在(zai)施(shi)工(gong)(gong)(gong)現(xian)場較難保證質(zhi)量。這(zhe)種(zhong)情況常應按照圖1.1.11（g）、（f）選(xuan)用(yong)，用(yong)法蘭過(guo)渡(du)連接(jie)(jie)(jie)。
b. 為了(le)避(bi)免套管產生共振，需要盡可(ke)能提高套管固有(you)頻率或降低渦(wo)激頻率。
①. 減小插入管長度
根據(ju)插(cha)入(ru)管(guan)(guan)固(gu)有頻率計算公式可(ke)知，插(cha)入(ru)管(guan)(guan)固(gu)有頻率與長度L的平方(fang)成(cheng)反比。因此，在保證(zheng)測量精度的前提下，減小L可(ke)以有效提高(gao)插(cha)入(ru)管(guan)(guan)固(gu)有頻率。
②. 增大插入管支(zhi)撐處(chu)直徑(jing)
增大插(cha)入(ru)管支(zhi)撐處直徑A也(ye)會提高固有頻率，采用錐形插(cha)人管和階(jie)梯形插(cha)人管通常優(you)于直形插(cha)入(ru)管。
③. 降低流(liu)速
渦激(ji)頻率與(yu)介質流速(su)成正比關系，在工況允許的條件(jian)下(xia)，降低流速(su)可以(yi)有效降低渦激(ji)頻率，從而避免(mian)插入管共振。
④. 安裝(zhuang)位置
為了(le)避免不穩(wen)定流的耦合，插入管安裝(zhuang)應(ying)避開閥門、三通、孔板等(deng)附近位置。
⑤. 設(she)置支撐圈
有(you)的(de)工程直接(jie)在主(zhu)管上(shang)開孔，未設置管接(jie)頭就把儀表連(lian)接(jie)件插(cha)入(ru)并焊接(jie)，造成了事故隱患，除了這種流量計插(cha)管，還有(you)溫度計插(cha)管等類似(si)情況，連(lian)接(jie)件可(ke)設置支撐(cheng)圈、補強板(ban)或(huo)采用其(qi)他形式的(de)支撐(cheng)。支撐(cheng)圈與插(cha)入(ru)管之間的(de)間隙(xi)充滿黏(nian)性流體會顯(xian)著增加阻尼，從而抑(yi)制插(cha)入(ru)管的(de)共振。
管(guan)道(dao)器材選用需(xu)要參(can)考的(de)配管(guan)設(she)計、管(guan)道(dao)應(ying)(ying)力分(fen)析內容(rong)見《工(gong)業管(guan)道(dao)配管(guan)設(she)計與工(gong)程(cheng)應(ying)(ying)用》《管(guan)道(dao)應(ying)(ying)力分(fen)析與工(gong)程(cheng)應(ying)(ying)用》的(de)詳細講述。
