Wat is kritische snelheid?

Van een object wordt gezegd dat het kritische snelheid bereikt wanneer de snelheid van zijn rotatie overeenkomt met een van zijn natuurlijke frequenties.Kritische snelheid wordt bestudeerd in een tak van fysica die bekend staat als Rotordynamics, die zich bezighoudt met rotatie of hoekige beweging.Een roterend object, zoals een propeller of een centrifugaalpomp, moet vaak door een of meer van zijn kritieke snelheden gaan terwijl het versnelt of vertraagt.Terwijl ze op kritieke snelheid werken, trillen deze objecten met een hoge amplitude, die schade kunnen veroorzaken.

Alle objecten die zijn samengesteld uit een elastisch materiaal hebben een of meer natuurlijke frequenties.De natuurlijke frequentie van een object is het aantal keren dat het heen en weer gaat zodra het in gang is gezet.Wanneer een object trilt op een van zijn natuurlijke frequenties, wordt gezegd dat het resonantie heeft of een grote trillingsamplitude.In een muziekinstrument is deze resonantie bijvoorbeeld wenselijk omdat het een natuurlijke versterking van het geluid van het instrument veroorzaakt.In Rotordynamics is deze resonantie echter ongewenst omdat het de betrokken mechanische stukken sterk trilt, waardoor het systeem kan worden beschadigd.

Er zijn een aantal stimuli die resonantie kunnen veroorzaken, waarvan er één rotatiebeweging is.Wanneer een rotatiebeweging van een objecten, ook wel hoeksnelheid genoemd, resonantie veroorzaakt, is deze in kritieke snelheid.Roterende mechanische objecten moeten worden ontworpen om snel door deze kritieke snelheden te gaan, zodat de versterkte trilling die optreedt bij deze snelheid niet resulteert in schade.

Een centrifugale pomp of een propeller zal door verschillende hoeksnelheden bewegen terwijl deze versnelt of vertraagt.Hoewel een bewegend systeem zoals dit van nature wat trillingen zal hebben, moet de versterkte trillingen met kritieke snelheid snel worden vermeden of doorgegaan als het systeem in de loop van de tijd omhoog moet.Rotordynamics houdt zich dus sterk bezig met het oplossen van de verschillende kritieke snelheden die de levensduur van een roterende machine kunnen beïnvloeden.

De laagste rotatiefrequentie die ervoor zorgt dat een object trilt bij een van zijn natuurlijke frequenties staat bekend als zijn eerste kritische snelheid.Een object kan een oneindig aantal kritische snelheden hebben, maar de belangrijkste kritische snelheid voor ingenieurs om te overwegen is de eerste.Sommige roterende objecten zijn ontworpen om onder hun eerste kritieke snelheid te werken, maar velen roteren boven deze snelheid.Zolang de rotatiesnelheid snel door de kritieke snelheid gaat, zou dit geen significant effect moeten hebben op de levensduur van de roterende machine.Er kunnen echter problemen optreden als een object is ontworpen om te roteren met zijn kritieke snelheid, omdat de resulterende trillingen kunnen veroorzaken dat de machine kan breken.