國內(nèi)外新聞報道某幾座大橋發(fā)生較大振幅的振動，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，是因為流體力學(xué)中的渦激導(dǎo)致，即當(dāng)流體繞過物體時，在表面附近出現(xiàn)與主流方向相反的回流，連續(xù)流動則會產(chǎn)生周期性的脫離，從而對物體形成周期性地激勵。當(dāng)脫離頻率與物體固有頻率接近時，將引發(fā)物體發(fā)生共振。在管道設(shè)計中易產(chǎn)生渦激振動的情況較多，例如：換熱器管束、溫度計外保護(hù)套管、均速流量計插入管、放空管道、蒸汽凝結(jié)水管道、火炬管道、閥門內(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(jié)構(gòu)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

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

  流量計插入管渦激頻率可按式（1.1.1）估算：

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

2. 流量計插入管固有頻率計算

  流量計插入管固有頻率計算，見式（1.1.4）和圖1.1.9。

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

  初步計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，至少要保證渦激頻率與套管固有頻率錯開20％。由于流動方向的激勵頻率和垂直流動方向的激勵頻率不同，校核時兩個方向的頻率均應(yīng)考慮，即介質(zhì)流速要避開圖1.1.10中灰色部分的流速。在進(jìn)行渦激頻率計算時，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、停機和壓力泄放等工況。

4．渦激振動工況管道器材選用設(shè)計要點

  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誤在工程設(shè)計中經(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)場較難保證質(zhì)量。這種情況常應(yīng)按照圖1.1.11（g）、（f）選用，用法蘭過渡連接。

  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. 減小插入管長度

        根據(jù)插入管固有頻率計算公式可知，插入管固有頻率與長度L的平方成反比。因此，在保證測量精度的前提下，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)避開閥門、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，除了這種流量計插管，還有溫度計插管等類似情況，連接件可設(shè)置支撐圈、補強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、管道應(yīng)力分析內(nèi)容見《工業(yè)管道配管設(shè)計與工程應(yīng)用》《管道應(yīng)力分析與工程應(yīng)用》的詳細(xì)講述。