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)激頻率的(de)計算
管(guan)(guan)(guan)內流(liu)(liu)體流(liu)(liu)過(guo)流(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)(cha)入(ru)(ru)管(guan)(guan)(guan)時(shi)(shi)，會形成(cheng)兩(liang)列幾乎穩定的(de)(de)、非對稱的(de)(de)、交(jiao)替脫落的(de)(de)、旋轉方向(xiang)相反(fan)的(de)(de)渦(wo)流(liu)(liu)（即卡(ka)門渦(wo)街），從而(er)產生周(zhou)期(qi)性變化的(de)(de)沿流(liu)(liu)動方向(xiang)及垂(chui)直流(liu)(liu)動方向(xiang)的(de)(de)力作(zuo)用(yong)到流(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)(cha)入(ru)(ru)管(guan)(guan)(guan)。當渦(wo)脫頻率與流(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)(cha)入(ru)(ru)管(guan)(guan)(guan)固有頻率接(jie)近時(shi)(shi)，則引起流(liu)(liu)量(liang)計(ji)插(cha)(cha)入(ru)(ru)管(guan)(guan)(guan)共(gong)振，嚴(yan)重時(shi)(shi)導致疲勞斷裂，如(ru)圖1.1.8所示。
流(liu)量計插入管渦激頻率可(ke)按(an)式(shi)（1.1.1）估算：
當黏度不確(que)定時(shi)，斯特勞哈爾數(shu)Sr近似選取0.22。
2. 流量計(ji)插入管固有頻率計(ji)算
流量計插入(ru)管固(gu)有頻率計算(suan)，見(jian)式（1.1.4）和圖1.1.9。
對于直(zhi)形插(cha)入(ru)管(guan)(guan)，Da為插(cha)入(ru)管(guan)(guan)直(zhi)徑；對于錐(zhui)形插(cha)入(ru)管(guan)(guan)，Da=(A+B)/2；對于階(jie)梯形插(cha)入(ru)管(guan)(guan)，Da=A。
初步(bu)計算插入管固有頻(pin)率后，再考慮形狀、介(jie)質、質量、安(an)裝等修正(zheng)系數，最終(zhong)確(que)定安(an)裝狀態(tai)下套管的固有頻(pin)率。
3．頻率校核
在進行(xing)校核時(shi)，至少要(yao)保證渦激頻(pin)率(lv)(lv)與套管固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)錯開20％。由于流(liu)(liu)動(dong)方(fang)向(xiang)的(de)激勵頻(pin)率(lv)(lv)和垂(chui)直流(liu)(liu)動(dong)方(fang)向(xiang)的(de)激勵頻(pin)率(lv)(lv)不同，校核時(shi)兩個方(fang)向(xiang)的(de)頻(pin)率(lv)(lv)均(jun)應考慮，即介質(zhi)流(liu)(liu)速(su)要(yao)避開圖1.1.10中灰色(se)部分的(de)流(liu)(liu)速(su)。在進行(xing)渦激頻(pin)率(lv)(lv)計算時(shi)，除了考慮正(zheng)常操作工(gong)況的(de)介質(zhi)流(liu)(liu)速(su)外，還應考慮可(ke)能存在的(de)超出正(zheng)常操作工(gong)況流(liu)(liu)速(su)的(de)情況，如(ru)啟機(ji)、停(ting)機(ji)和壓力(li)泄放(fang)等工(gong)況。
4．渦激振動工況管(guan)道器材選(xuan)用設計要點(dian)
a. 接(jie)頭連接(jie)件(jian)的(de)選(xuan)用(yong)。如圖1.1.11所示，接(jie)頭連接(jie)件(jian)的(de)選(xuan)用(yong)錯誤在工(gong)程設計中經常發生(sheng)。有(you)的(de)工(gong)程管道專(zhuan)業把儀(yi)表連接(jie)件(jian)選(xuan)用(yong)的(de)分(fen)工(gong)劃給儀(yi)表專(zhuan)業，因(yin)這(zhe)種(zhong)(zhong)儀(yi)表經常用(yong)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)，如果(guo)管道為碳鋼(gang)(gang)的(de)，因(yin)專(zhuan)業分(fen)工(gong)不清(qing)楚，造(zao)成施工(gong)現(xian)場(chang)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)與碳鋼(gang)(gang)直接(jie)焊(han)接(jie)，雖然有(you)異(yi)種(zhong)(zhong)鋼(gang)(gang)焊(han)接(jie)方法(fa)，但是在施工(gong)現(xian)場(chang)較(jiao)難保證質(zhi)量。這(zhe)種(zhong)(zhong)情況常應按照圖1.1.11（g）、（f）選(xuan)用(yong)，用(yong)法(fa)蘭過(guo)渡連接(jie)。
b. 為了避(bi)免套管產(chan)生共(gong)振，需要盡可(ke)能提高套管固有頻(pin)率或降低渦激頻(pin)率。
①. 減小插入管(guan)長(chang)度
根(gen)據插入(ru)(ru)管(guan)固有(you)頻(pin)率(lv)計算公式可知(zhi)，插入(ru)(ru)管(guan)固有(you)頻(pin)率(lv)與長(chang)度L的(de)平方(fang)成反(fan)比。因此，在保證測量精度的(de)前提下(xia)，減小L可以(yi)有(you)效提高(gao)插入(ru)(ru)管(guan)固有(you)頻(pin)率(lv)。
②. 增(zeng)大插入(ru)管(guan)支(zhi)撐處直徑(jing)
增大(da)插(cha)入(ru)管(guan)(guan)支撐處直(zhi)徑A也(ye)會提高固(gu)有頻(pin)率，采用錐形(xing)插(cha)人(ren)管(guan)(guan)和階梯形(xing)插(cha)人(ren)管(guan)(guan)通常(chang)優(you)于直(zhi)形(xing)插(cha)入(ru)管(guan)(guan)。
③. 降(jiang)低流速
渦(wo)激(ji)頻率(lv)與介質流(liu)速成正比關系，在工況(kuang)允許的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)，降低流(liu)速可(ke)以(yi)有效降低渦(wo)激(ji)頻率(lv)，從而避免插(cha)入管共振。
④. 安(an)裝位(wei)置
為了避免不穩(wen)定流的耦合(he)，插入管安(an)裝應避開閥門、三通、孔板等附(fu)近位置(zhi)。
⑤. 設置(zhi)支(zhi)撐圈(quan)
有的(de)工程(cheng)直(zhi)接(jie)在(zai)主管上開孔，未(wei)設置管接(jie)頭就把儀表連接(jie)件插入(ru)并(bing)焊(han)接(jie)，造成(cheng)了事故(gu)隱(yin)患，除了這種流(liu)量(liang)計插管，還(huan)有溫度計插管等(deng)類似情況，連接(jie)件可設置支撐(cheng)圈(quan)、補(bu)強板或采用(yong)其他形式的(de)支撐(cheng)。支撐(cheng)圈(quan)與插入(ru)管之間的(de)間隙充滿黏(nian)性流(liu)體會(hui)顯(xian)著增加(jia)阻(zu)尼(ni)，從而抑制插入(ru)管的(de)共振(zhen)。
管(guan)道(dao)器材選用(yong)(yong)需要參考的(de)配管(guan)設計、管(guan)道(dao)應(ying)(ying)力分析(xi)內容見《工(gong)業(ye)管(guan)道(dao)配管(guan)設計與工(gong)程(cheng)應(ying)(ying)用(yong)(yong)》《管(guan)道(dao)應(ying)(ying)力分析(xi)與工(gong)程(cheng)應(ying)(ying)用(yong)(yong)》的(de)詳細講述(shu)。
