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(ji)頻率的計算

  管內流(liu)(liu)體流(liu)(liu)過流(liu)(liu)量計(ji)插入(ru)管時(shi)(shi)，會形成兩(liang)列幾乎穩定的(de)(de)、非對稱(cheng)的(de)(de)、交替脫落的(de)(de)、旋轉方向相反的(de)(de)渦流(liu)(liu)（即卡(ka)門(men)渦街），從而(er)產生(sheng)周期性變化的(de)(de)沿流(liu)(liu)動(dong)方向及垂直流(liu)(liu)動(dong)方向的(de)(de)力(li)作用到流(liu)(liu)量計(ji)插入(ru)管。當渦脫頻率與流(liu)(liu)量計(ji)插入(ru)管固有頻率接近時(shi)(shi)，則(ze)引起流(liu)(liu)量計(ji)插入(ru)管共(gong)振，嚴重時(shi)(shi)導致疲(pi)勞斷裂，如圖1.1.8所示。

  流量(liang)計插入管(guan)渦激(ji)頻率(lv)可按式（1.1.1）估算：

  當黏度不確定時，斯特勞(lao)哈爾數Sr近似(si)選取0.22。

2. 流量(liang)計插入管(guan)固(gu)有頻率計算

  流量計插入管固(gu)有(you)頻率計算(suan)，見式(shi)（1.1.4）和圖1.1.9。

  對于直形插(cha)入(ru)(ru)管(guan)，Da為插(cha)入(ru)(ru)管(guan)直徑；對于錐形插(cha)入(ru)(ru)管(guan)，Da=(A+B)/2；對于階梯(ti)形插(cha)入(ru)(ru)管(guan)，Da=A。

  初步計算插入管固(gu)有(you)頻率后(hou)，再考慮形狀、介質(zhi)(zhi)、質(zhi)(zhi)量、安裝等(deng)修正系數，最終確定安裝狀態下套(tao)管的(de)固(gu)有(you)頻率。

3．頻率校核(he)

  在進(jin)行(xing)校核時，至少要保證渦激(ji)頻(pin)(pin)率(lv)與套管固有頻(pin)(pin)率(lv)錯開20％。由于(yu)流動方向(xiang)的(de)激(ji)勵頻(pin)(pin)率(lv)和(he)垂直(zhi)流動方向(xiang)的(de)激(ji)勵頻(pin)(pin)率(lv)不同，校核時兩個方向(xiang)的(de)頻(pin)(pin)率(lv)均應(ying)考慮，即介質流速(su)要避開圖(tu)1.1.10中灰色部分的(de)流速(su)。在進(jin)行(xing)渦激(ji)頻(pin)(pin)率(lv)計算時，除了(le)考慮正(zheng)常(chang)操作工況的(de)介質流速(su)外，還應(ying)考慮可能存(cun)在的(de)超出正(zheng)常(chang)操作工況流速(su)的(de)情況，如啟機、停機和(he)壓力泄放等工況。

4．渦激振動(dong)工況(kuang)管道器材選(xuan)用(yong)設(she)計要點

  a. 接(jie)(jie)頭(tou)連(lian)(lian)接(jie)(jie)件(jian)的選(xuan)用。如圖1.1.11所(suo)示，接(jie)(jie)頭(tou)連(lian)(lian)接(jie)(jie)件(jian)的選(xuan)用錯誤在工(gong)(gong)程設計中經常(chang)發生。有的工(gong)(gong)程管道專(zhuan)業把儀(yi)表連(lian)(lian)接(jie)(jie)件(jian)選(xuan)用的分工(gong)(gong)劃給(gei)儀(yi)表專(zhuan)業，因(yin)這(zhe)種儀(yi)表經常(chang)用不銹鋼(gang)的，如果(guo)管道為碳鋼(gang)的，因(yin)專(zhuan)業分工(gong)(gong)不清楚，造成施(shi)工(gong)(gong)現場(chang)不銹鋼(gang)與碳鋼(gang)直接(jie)(jie)焊接(jie)(jie)，雖然有異種鋼(gang)焊接(jie)(jie)方法，但是在施(shi)工(gong)(gong)現場(chang)較難保(bao)證質量(liang)。這(zhe)種情況常(chang)應按(an)照(zhao)圖1.1.11（g）、（f）選(xuan)用，用法蘭過渡連(lian)(lian)接(jie)(jie)。

  b. 為了(le)避免套(tao)管產生共振，需要盡(jin)可(ke)能提高套(tao)管固(gu)有頻(pin)率(lv)或降低渦激(ji)頻(pin)率(lv)。

    ①. 減小插(cha)入管長度

        根據插入(ru)管(guan)固有頻率計算公(gong)式(shi)可(ke)知，插入(ru)管(guan)固有頻率與長度L的(de)平方(fang)成反比。因此(ci)，在保證(zheng)測量精度的(de)前(qian)提下，減(jian)小(xiao)L可(ke)以有效(xiao)提高插入(ru)管(guan)固有頻率。

    ②. 增(zeng)大插入管(guan)支撐處直徑

        增大插入管(guan)支撐處直徑(jing)A也會(hui)提高固有頻率，采用錐形(xing)插人(ren)(ren)管(guan)和階梯形(xing)插人(ren)(ren)管(guan)通常優(you)于直形(xing)插入管(guan)。

    ③. 降低(di)流速

        渦(wo)激頻(pin)率(lv)與介質(zhi)流速成正(zheng)比關系，在(zai)工(gong)況(kuang)允(yun)許的條件下，降低流速可(ke)以有效(xiao)降低渦(wo)激頻(pin)率(lv)，從而(er)避免(mian)插入管共振(zhen)。

    ④. 安(an)裝(zhuang)位置

       為了避免不穩定流的耦(ou)合，插(cha)入(ru)管安裝應避開閥門、三通(tong)、孔(kong)板等附近(jin)位置。

    ⑤. 設(she)置支撐圈

      有的(de)(de)工程(cheng)直接在主管上開(kai)孔，未設置管接頭就把儀表連接件(jian)插入(ru)并焊接，造成了事故隱患，除了這種流量(liang)計插管，還有溫度計插管等(deng)類似情況，連接件(jian)可設置支撐(cheng)圈、補強板或采用其他形式的(de)(de)支撐(cheng)。支撐(cheng)圈與插入(ru)管之間的(de)(de)間隙充(chong)滿(man)黏性(xing)流體會顯著(zhu)增加阻尼(ni)，從而抑制(zhi)插入(ru)管的(de)(de)共振。

管(guan)(guan)道(dao)器材選用(yong)(yong)需(xu)要參考的配(pei)管(guan)(guan)設計、管(guan)(guan)道(dao)應(ying)(ying)力(li)分(fen)析內容見《工(gong)業管(guan)(guan)道(dao)配(pei)管(guan)(guan)設計與(yu)工(gong)程(cheng)應(ying)(ying)用(yong)(yong)》《管(guan)(guan)道(dao)應(ying)(ying)力(li)分(fen)析與(yu)工(gong)程(cheng)應(ying)(ying)用(yong)(yong)》的詳細(xi)講述。