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. 渦激頻率的計算(suan)
管(guan)內流(liu)(liu)體流(liu)(liu)過流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)插入(ru)(ru)管(guan)時，會(hui)形成兩列幾乎穩(wen)定的(de)、非對稱的(de)、交(jiao)替脫落的(de)、旋(xuan)轉方向相反的(de)渦(wo)流(liu)(liu)（即(ji)卡門渦(wo)街(jie)），從而產生(sheng)周期性變化(hua)的(de)沿流(liu)(liu)動方向及垂直流(liu)(liu)動方向的(de)力作用(yong)到流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)插入(ru)(ru)管(guan)。當渦(wo)脫頻率與流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)插入(ru)(ru)管(guan)固有頻率接近時，則引(yin)起流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)插入(ru)(ru)管(guan)共振，嚴重時導致疲勞斷裂，如圖1.1.8所示。
流量計插(cha)入(ru)管渦激頻率可按式（1.1.1）估算(suan)：
當黏度不確定時，斯(si)特勞哈(ha)爾數Sr近(jin)似(si)選取0.22。
2. 流(liu)量計插入管固有頻率計算
流量計(ji)插(cha)入(ru)管固有頻率計(ji)算，見(jian)式（1.1.4）和(he)圖1.1.9。
對(dui)于(yu)直形插(cha)入(ru)(ru)管，Da為插(cha)入(ru)(ru)管直徑；對(dui)于(yu)錐形插(cha)入(ru)(ru)管，Da=(A+B)/2；對(dui)于(yu)階梯形插(cha)入(ru)(ru)管，Da=A。
初步計算插入管固有(you)頻率后(hou)，再(zai)考慮形(xing)狀、介質、質量、安(an)裝(zhuang)等修正系數(shu)，最終(zhong)確定(ding)安(an)裝(zhuang)狀態下套管的固有(you)頻率。
3．頻率(lv)校核(he)
在進行校(xiao)核時(shi)，至少要保證渦激頻率(lv)與套(tao)管固有頻率(lv)錯開20％。由于流動方向的(de)(de)(de)激勵頻率(lv)和垂(chui)直流動方向的(de)(de)(de)激勵頻率(lv)不同，校(xiao)核時(shi)兩個方向的(de)(de)(de)頻率(lv)均應考(kao)慮(lv)(lv)，即介質流速要避開圖1.1.10中灰色部(bu)分的(de)(de)(de)流速。在進行渦激頻率(lv)計算時(shi)，除了考(kao)慮(lv)(lv)正(zheng)常(chang)操(cao)作(zuo)工(gong)況的(de)(de)(de)介質流速外(wai)，還應考(kao)慮(lv)(lv)可能存(cun)在的(de)(de)(de)超出正(zheng)常(chang)操(cao)作(zuo)工(gong)況流速的(de)(de)(de)情(qing)況，如啟機(ji)、停(ting)機(ji)和壓力(li)泄放等工(gong)況。
4．渦激振(zhen)動(dong)工況管(guan)道器材選用設計要點(dian)
a. 接(jie)頭連(lian)接(jie)件(jian)的(de)選(xuan)用(yong)。如圖(tu)1.1.11所示(shi)，接(jie)頭連(lian)接(jie)件(jian)的(de)選(xuan)用(yong)錯誤(wu)在工程(cheng)(cheng)設(she)計中經常(chang)發生。有的(de)工程(cheng)(cheng)管道(dao)專業(ye)把儀(yi)表連(lian)接(jie)件(jian)選(xuan)用(yong)的(de)分工劃給(gei)儀(yi)表專業(ye)，因這種(zhong)儀(yi)表經常(chang)用(yong)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)，如果管道(dao)為碳鋼的(de)，因專業(ye)分工不(bu)(bu)清楚，造成施工現場(chang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼與碳鋼直接(jie)焊接(jie)，雖然有異種(zhong)鋼焊接(jie)方法(fa)，但是在施工現場(chang)較難保證質量。這種(zhong)情況常(chang)應(ying)按照圖(tu)1.1.11（g）、（f）選(xuan)用(yong)，用(yong)法(fa)蘭過渡連(lian)接(jie)。
b. 為了(le)避免套(tao)管(guan)產生共振，需要盡可能提(ti)高套(tao)管(guan)固有(you)頻率或降低渦激(ji)頻率。
①. 減小插(cha)入(ru)管長度(du)
根(gen)據(ju)插(cha)(cha)入管(guan)固有頻(pin)率(lv)計算公式可(ke)知(zhi)，插(cha)(cha)入管(guan)固有頻(pin)率(lv)與長度(du)L的(de)平(ping)方成反比(bi)。因此，在保證測量精度(du)的(de)前(qian)提下，減小L可(ke)以有效提高插(cha)(cha)入管(guan)固有頻(pin)率(lv)。
②. 增大插(cha)入管支撐處直徑
增大(da)插入管(guan)支撐處直徑A也(ye)會(hui)提(ti)高(gao)固有頻率，采(cai)用錐(zhui)形插人(ren)管(guan)和階梯形插人(ren)管(guan)通常(chang)優于直形插入管(guan)。
③. 降低流速
渦激頻(pin)率與(yu)介(jie)質流速成正比關系(xi)，在工況允許(xu)的條件下，降(jiang)低流速可以有效降(jiang)低渦激頻(pin)率，從而(er)避免插入管共振。
④. 安裝位置
為了(le)避免不(bu)穩定流的耦合，插入管安(an)裝(zhuang)應避開閥門、三(san)通(tong)、孔板等附近位置。
⑤. 設置支(zhi)撐圈
有(you)的工程直接在主管(guan)上開(kai)孔，未設(she)置(zhi)管(guan)接頭(tou)就把儀表連接件插(cha)入并(bing)焊接，造成了(le)事(shi)故隱患，除了(le)這種流(liu)量計(ji)(ji)插(cha)管(guan)，還有(you)溫(wen)度(du)計(ji)(ji)插(cha)管(guan)等類似情況，連接件可(ke)設(she)置(zhi)支(zhi)撐圈(quan)、補強板或(huo)采(cai)用其他形(xing)式的支(zhi)撐。支(zhi)撐圈(quan)與插(cha)入管(guan)之(zhi)間的間隙(xi)充滿黏性流(liu)體會顯著(zhu)增加(jia)阻(zu)尼(ni)，從而抑(yi)制插(cha)入管(guan)的共(gong)振。
管(guan)(guan)道(dao)器材選用需要(yao)參考(kao)的配管(guan)(guan)設計、管(guan)(guan)道(dao)應力分析內容見《工業管(guan)(guan)道(dao)配管(guan)(guan)設計與(yu)工程(cheng)應用》《管(guan)(guan)道(dao)應力分析與(yu)工程(cheng)應用》的詳(xiang)細(xi)講(jiang)述。
