國(guó)內(nèi)外新聞報(bào)道某幾座大橋發(fā)生較大振幅的振動(dòng)，引起不小的影響。浙江至德鋼業(yè)有限公司技術(shù)人員分析大橋之所以振動(dòng)，是因?yàn)榱黧w力學(xué)中的渦激導(dǎo)致，即當(dāng)流體繞過(guò)物體時(shí)，在表面附近出現(xiàn)與主流方向相反的回流，連續(xù)流動(dòng)則會(huì)產(chǎn)生周期性的脫離，從而對(duì)物體形成周期性地激勵(lì)。當(dāng)脫離頻率與物體固有頻率接近時(shí)，將引發(fā)物體發(fā)生共振。在管道設(shè)計(jì)中易產(chǎn)生渦激振動(dòng)的情況較多，例如：換熱器管束、溫度計(jì)外保護(hù)套管、均速流量計(jì)插入管、放空管道、蒸汽凝結(jié)水管道、火炬管道、閥門(mén)內(nèi)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(jì)插入管因渦激振動(dòng)引起連接件位置管道泄漏，如圖1.1.7所示。對(duì)于渦激振動(dòng)，首要確定渦激頻率，并使管道配管結(jié)構(gòu)固有頻率避開(kāi)渦激頻率。下面以流量計(jì)插入管為例簡(jiǎn)要講述。

1. 渦激頻率的計(jì)算

  管內(nèi)流體流過(guò)流量計(jì)插入管時(shí)，會(huì)形成兩列幾乎穩(wěn)定的、非對(duì)稱的、交替脫落的、旋轉(zhuǎn)方向相反的渦流（即卡門(mén)渦街），從而產(chǎn)生周期性變化的沿流動(dòng)方向及垂直流動(dòng)方向的力作用到流量計(jì)插入管。當(dāng)渦脫頻率與流量計(jì)插入管固有頻率接近時(shí)，則引起流量計(jì)插入管共振，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致疲勞斷裂，如圖1.1.8所示。

  流量計(jì)插入管渦激頻率可按式（1.1.1）估算：

  當(dāng)黏度不確定時(shí)，斯特勞哈爾數(shù)Sr近似選取0.22。

2. 流量計(jì)插入管固有頻率計(jì)算

  流量計(jì)插入管固有頻率計(jì)算，見(jiàn)式（1.1.4）和圖1.1.9。

  對(duì)于直形插入管，Da為插入管直徑；對(duì)于錐形插入管，Da=(A+B)/2；對(duì)于階梯形插入管，Da=A。

  初步計(jì)算插入管固有頻率后，再考慮形狀、介質(zhì)、質(zhì)量、安裝等修正系數(shù)，最終確定安裝狀態(tài)下套管的固有頻率。

3．頻率校核

  在進(jìn)行校核時(shí)，至少要保證渦激頻率與套管固有頻率錯(cuò)開(kāi)20％。由于流動(dòng)方向的激勵(lì)頻率和垂直流動(dòng)方向的激勵(lì)頻率不同，校核時(shí)兩個(gè)方向的頻率均應(yīng)考慮，即介質(zhì)流速要避開(kāi)圖1.1.10中灰色部分的流速。在進(jìn)行渦激頻率計(jì)算時(shí)，除了考慮正常操作工況的介質(zhì)流速外，還應(yīng)考慮可能存在的超出正常操作工況流速的情況，如啟機(jī)、停機(jī)和壓力泄放等工況。

4．渦激振動(dòng)工況管道器材選用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

  a. 接頭連接件的選用。如圖1.1.11所示，接頭連接件的選用錯(cuò)誤在工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常發(fā)生。有的工程管道專業(yè)把儀表連接件選用的分工劃給儀表專業(yè)，因這種儀表經(jīng)常用不銹鋼的，如果管道為碳鋼的，因?qū)I(yè)分工不清楚，造成施工現(xiàn)場(chǎng)不銹鋼與碳鋼直接焊接，雖然有異種鋼焊接方法，但是在施工現(xiàn)場(chǎng)較難保證質(zhì)量。這種情況常應(yīng)按照?qǐng)D1.1.11（g）、（f）選用，用法蘭過(guò)渡連接。

  b. 為了避免套管產(chǎn)生共振，需要盡可能提高套管固有頻率或降低渦激頻率。

    ①. 減小插入管長(zhǎng)度

        根據(jù)插入管固有頻率計(jì)算公式可知，插入管固有頻率與長(zhǎng)度L的平方成反比。因此，在保證測(cè)量精度的前提下，減小L可以有效提高插入管固有頻率。

    ②. 增大插入管支撐處直徑

        增大插入管支撐處直徑A也會(huì)提高固有頻率，采用錐形插人管和階梯形插人管通常優(yōu)于直形插入管。

    ③. 降低流速

        渦激頻率與介質(zhì)流速成正比關(guān)系，在工況允許的條件下，降低流速可以有效降低渦激頻率，從而避免插入管共振。

    ④. 安裝位置

       為了避免不穩(wěn)定流的耦合，插入管安裝應(yīng)避開(kāi)閥門(mén)、三通、孔板等附近位置。

    ⑤. 設(shè)置支撐圈

      有的工程直接在主管上開(kāi)孔，未設(shè)置管接頭就把儀表連接件插入并焊接，造成了事故隱患，除了這種流量計(jì)插管，還有溫度計(jì)插管等類似情況，連接件可設(shè)置支撐圈、補(bǔ)強(qiáng)板或采用其他形式的支撐。支撐圈與插入管之間的間隙充滿黏性流體會(huì)顯著增加阻尼，從而抑制插入管的共振。

管道器材選用需要參考的配管設(shè)計(jì)、管道應(yīng)力分析內(nèi)容見(jiàn)《工業(yè)管道配管設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用》《管道應(yīng)力分析與工程應(yīng)用》的詳細(xì)講述。