风的诱导振动
引言
随着大型化工企业的兴起与发展，高度与直径比大的塔器数量逐渐增多，塔振动的事故便频繁发生。1994年6月下旬，天津十四万吨乙烯工程中的高75米、重115吨的乙烯精馏塔，每逢刮四级风时，在与风垂直的方向上，便剧烈地摇晃起来，塔顶振幅为半米多，并伴随着很大的响声。据不完全的调查，近十年来，我国吉林、山东、盘锦、兰州等地的化工厂中都曾发生大型精馏塔振动的事故，塔顶振幅最大的一次是1.4米！由于各个塔的固有频率不同，振动时的风力，有的高达八级，有的仅三、四级。持续的剧烈振动不仅无法维持生产的正常运行，还将使塔体应力过大，形成疲劳裂纹，甚至导致设备的破坏，人员的伤亡，生产的停顿。如果遇到更大的风力，发生高振型的振动，危害性就更大了。
安装在室外的圆柱形设备一般同时存在顺风向和横风向振动，而横风向风振往往不容忽视，甚至可能占到主导地位。比如：1972年上海一座高烟囱在台风中实测横风向位移比顺风向大得多。
历史上曾因风诱发振动而造成灾难性的事故。位于美国塔珂玛海峡上跨长853米的大悬桥，在19米/秒的风速下，只经历1小时，便断裂坠毁。从五十年代至今，美、英、日、德、加、荷、捷等国都曾相继发生高耸的圆柱形设备，如塔设备、烟囱、电视塔、灯柱等剧烈振动甚至破坏的事例。在大海中，障碍物在共振时受到的侧向力比空气中的要大得多。正因如此，位于美国新泽西洲的一座近海石油钻井平台葬入大海。从潜艇潜望镜里看到的目标也将因镜杆的振动变得模糊不清。从卫星拍摄的照片上还曾看到海水流经小岛时产生的卡门旋涡。架空电线的固有频率如果与卡门旋涡的频率一致，不仅发生抖动，还会发生翁鸣声，就像用力拨动琴弦一般。
不仅风可能诱发高耸的塔设备发生振动，流体也可能诱发管束的振动。电场的空气预热器中有许多传热管，当热的废气在管外流过形成的旋涡的频率等于空腔内的声频，便会引起声共振。散发的噪声最高的记录是169分贝，比喷气式飞机发出的噪声还要大，远远超过人耳正常情况下承受的能力。
诱导振动的流体力学原理
当风以一定的速度绕流圆柱形的塔设备时，将在两个方向上产生振动。一种是顺风向的振动，振动的风向与风的流向一致；另一种是横风向的振动，振动的方向与风的方向垂直，也称风的诱发振动。
在一定速度范围内，风在圆柱形的塔设备背后的两侧周期性交替地形成旋涡并以相当确定的频率从柱体表面上脱落，在尾流中有规律地交错排列成两行，这就是通常所说的卡曼旋涡（见图）。当旋涡的频率等于或接近塔设备固有频率，便会产生共振，这便是风的诱导振动。
设备风诱导振动的激振频率
在塔的一侧，卡曼旋涡是以一定的频率产生并从圆柱形塔体表面脱落的，该频率即为塔一侧横向力作用的频率或塔体的激振频率，研究表明，对于单个圆柱体，其旋涡脱落的频率与圆柱体的直径及风速有关：
Sr—— 斯特劳哈尔数，其值与雷诺数Re有关。
D—— 塔体的外直径，如塔体有保温层，则为保温层的外直径
临界风速
作用在塔体上的升力是交变的，因为升力的频率与旋涡脱落的频率相同，所以当旋涡脱落的频率与任一振型的固有频率一致时，塔就会产生共振。塔产生共振时的风速称为临界风速。
—— 塔在第n振型下共振时的临界风速，m/s。
—— 塔在第n振型时的固有频率，1/s。
塔设备的防振
塔在操作时的激振力的频率不得在塔体第一振型固有频率的0.85-1.3倍范围内：
