Hva er kritisk hastighet?

Et objekt sies å nå kritisk hastighet når hastigheten på rotasjonen tilsvarer en av dens naturlige frekvenser.Kritisk hastighet studeres i en gren av fysikk kjent som Rotordynamics, som omhandler rotasjons- eller kantete, bevegelse.Et roterende objekt, for eksempel en propell eller en sentrifugalpumpe, må ofte passere gjennom en eller flere av dens kritiske hastigheter når den akselererer eller surrer.Mens de opererer med kritisk hastighet, vibrerer disse objektene med en høy amplitude, noe som kan forårsake skade.

Alle objekter som er sammensatt av et elastisk materiale har en eller flere naturlige frekvenser.Den naturlige frekvensen til et objekt er antall ganger den vil bevege seg frem og tilbake når den er satt i gang.Når et objekt vibrerer ved en av sine naturlige frekvenser, sies det å ha resonans, eller en stor vibrasjonsamplitude.I et musikkinstrument er for eksempel denne resonansen ønskelig fordi den forårsaker en naturlig forsterkning av instrumentets lyd.I rotordynamikk er imidlertid denne resonansen uønsket fordi den gjør at de mekaniske stykkene involverte vibrerer sterkt, noe som kan skade systemet.

Det er en rekke stimuli som kan forårsake resonans, hvorav den ene er rotasjonsbevegelse.Når en gjenstandsrotasjonsbevegelse, også kalt vinkelhastighet, forårsaker resonans, er det i kritisk hastighet.Roterende mekaniske objekter må utformes for å passere raskt gjennom disse kritiske hastighetene, slik at den forsterkede vibrasjonen som oppstår med denne hastigheten ikke resulterer i skade.

En sentrifugalpumpe eller en propell vil bevege seg gjennom forskjellige vinkelhastigheter når den akselererer eller reduserer.Mens et bevegelig system som dette naturlig vil ha en viss vibrasjon, må den forsterkede vibrasjonen med den kritiske hastigheten unngås eller føres raskt gjennom hvis systemet skal holde opp over tid.Rotordynamikk er dermed veldig opptatt av å løse de forskjellige kritiske hastighetene som kan påvirke levetiden til en roterende maskin.

Den laveste rotasjonsfrekvensen som får et objekt til å vibrere ved en av dens naturlige frekvenser er kjent som sin første kritiske hastighet.Et objekt kan ha et uendelig antall kritiske hastigheter, men den viktigste kritiske hastigheten for ingeniører å vurdere er den første.Noen roterende objekter er designet for å operere under den første kritiske hastigheten, men mange roterer over denne hastigheten.Så lenge rotasjonshastigheten går raskt gjennom den kritiske hastigheten, bør dette ikke ha noen vesentlig effekt på den roterende maskinens levetid.Problemer kan imidlertid oppstå hvis et objekt er designet for å rotere med sin kritiske hastighet, da de resulterende vibrasjonene kan føre til at maskinen går i stykker.