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(lv)的計算
管(guan)內流(liu)體流(liu)過流(liu)量計(ji)插入(ru)(ru)(ru)管(guan)時(shi)，會形(xing)成兩列幾乎(hu)穩定的(de)、非對稱的(de)、交(jiao)替脫落的(de)、旋轉方向(xiang)(xiang)相(xiang)反的(de)渦(wo)(wo)流(liu)（即卡門(men)渦(wo)(wo)街），從而產生周期性(xing)變(bian)化的(de)沿流(liu)動(dong)方向(xiang)(xiang)及(ji)垂直流(liu)動(dong)方向(xiang)(xiang)的(de)力作用到流(liu)量計(ji)插入(ru)(ru)(ru)管(guan)。當渦(wo)(wo)脫頻率與流(liu)量計(ji)插入(ru)(ru)(ru)管(guan)固有頻率接近時(shi)，則引起流(liu)量計(ji)插入(ru)(ru)(ru)管(guan)共振，嚴重時(shi)導致疲勞斷裂，如圖1.1.8所示。
流量計插入管渦激頻率(lv)可按式（1.1.1）估算：
當黏度不(bu)確定(ding)時，斯特勞哈爾數(shu)Sr近似選取(qu)0.22。
2. 流量(liang)計插(cha)入管固有頻率計算
流(liu)量計插(cha)入管固(gu)有(you)頻率計算，見式（1.1.4）和圖1.1.9。
對于直(zhi)形插入管，Da為插入管直(zhi)徑(jing)；對于錐形插入管，Da=(A+B)/2；對于階梯形插入管，Da=A。
初步(bu)計(ji)算插(cha)入管(guan)固(gu)有(you)頻率后，再考慮形狀(zhuang)(zhuang)、介質(zhi)、質(zhi)量、安裝等修正系數，最終確定安裝狀(zhuang)(zhuang)態下套(tao)管(guan)的(de)固(gu)有(you)頻率。
3．頻率校(xiao)核
在進(jin)行校核時(shi)，至少(shao)要保證渦激(ji)頻率(lv)與套管固有頻率(lv)錯開(kai)20％。由于流(liu)動(dong)(dong)方向的激(ji)勵(li)頻率(lv)和垂(chui)直流(liu)動(dong)(dong)方向的激(ji)勵(li)頻率(lv)不同，校核時(shi)兩(liang)個方向的頻率(lv)均應考慮，即介質流(liu)速要避(bi)開(kai)圖1.1.10中(zhong)灰色(se)部分的流(liu)速。在進(jin)行渦激(ji)頻率(lv)計算時(shi)，除了考慮正(zheng)常操(cao)作工況(kuang)的介質流(liu)速外，還應考慮可能存(cun)在的超出正(zheng)常操(cao)作工況(kuang)流(liu)速的情(qing)況(kuang)，如啟機(ji)、停機(ji)和壓力(li)泄(xie)放等工況(kuang)。
4．渦(wo)激振(zhen)動工況管道(dao)器材選用設(she)計要點
a. 接(jie)頭連(lian)接(jie)件(jian)的(de)選用。如圖(tu)1.1.11所示，接(jie)頭連(lian)接(jie)件(jian)的(de)選用錯誤(wu)在(zai)工(gong)程設計中(zhong)經常發生。有的(de)工(gong)程管道專(zhuan)業(ye)把(ba)儀表連(lian)接(jie)件(jian)選用的(de)分工(gong)劃給儀表專(zhuan)業(ye)，因(yin)(yin)這種(zhong)(zhong)儀表經常用不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)，如果管道為碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)，因(yin)(yin)專(zhuan)業(ye)分工(gong)不清楚(chu)，造成施(shi)工(gong)現場(chang)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)與碳(tan)鋼(gang)(gang)直(zhi)接(jie)焊接(jie)，雖然有異種(zhong)(zhong)鋼(gang)(gang)焊接(jie)方(fang)法(fa)，但是在(zai)施(shi)工(gong)現場(chang)較難保證質量。這種(zhong)(zhong)情況(kuang)常應按照圖(tu)1.1.11（g）、（f）選用，用法(fa)蘭過渡(du)連(lian)接(jie)。
b. 為了避免套管產生共振，需要盡可能提高套管固有(you)頻率或降低(di)渦激頻率。
①. 減(jian)小插入(ru)管長(chang)度
根(gen)據插入(ru)管固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)計算公(gong)式(shi)可知，插入(ru)管固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)與長度(du)L的(de)平方成反比。因(yin)此，在保(bao)證(zheng)測量精度(du)的(de)前提(ti)下，減小L可以有(you)(you)效提(ti)高插入(ru)管固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。
②. 增大插入管支(zhi)撐處直徑
增大插入(ru)管支撐處直(zhi)(zhi)徑A也會提高(gao)固(gu)有頻率，采用(yong)錐形(xing)插人管和階(jie)梯(ti)形(xing)插人管通常優于直(zhi)(zhi)形(xing)插入(ru)管。
③. 降低流速
渦激頻(pin)率與介質流速(su)成正比(bi)關系，在工況允許的(de)條(tiao)件下，降低(di)流速(su)可以有(you)效(xiao)降低(di)渦激頻(pin)率，從而(er)避免插入管共振。
④. 安裝位置(zhi)
為了避免不穩(wen)定(ding)流的耦合，插入管安裝應(ying)避開閥門、三通、孔板(ban)等附近位置。
⑤. 設置支撐圈
有(you)的(de)工程(cheng)直接(jie)(jie)在主管(guan)上開孔，未設(she)置管(guan)接(jie)(jie)頭就把儀表連(lian)接(jie)(jie)件插(cha)(cha)入并焊接(jie)(jie)，造成了(le)事故隱患，除了(le)這種流量計插(cha)(cha)管(guan)，還有(you)溫度(du)計插(cha)(cha)管(guan)等類似情況，連(lian)接(jie)(jie)件可設(she)置支撐圈(quan)、補強板或(huo)采用其他形式(shi)的(de)支撐。支撐圈(quan)與插(cha)(cha)入管(guan)之(zhi)間的(de)間隙充滿黏性流體會(hui)顯(xian)著增加阻尼，從(cong)而抑(yi)制插(cha)(cha)入管(guan)的(de)共振。
管(guan)(guan)道器(qi)材選用(yong)需要參考的配管(guan)(guan)設(she)計、管(guan)(guan)道應力分析(xi)內容見《工業(ye)管(guan)(guan)道配管(guan)(guan)設(she)計與(yu)工程應用(yong)》《管(guan)(guan)道應力分析(xi)與(yu)工程應用(yong)》的詳細講述(shu)。
