Co to jest prędkość krytyczna?

Mówi się, że obiekt osiąga prędkość krytyczną, gdy prędkość jego obrotu odpowiada jednej z jego naturalnych częstotliwości.Krytyczna prędkość jest badana w gałęzi fizyki znanej jako rotordynamika, która dotyczy ruchu obrotowego lub kątowego.Obracający się obiekt, taki jak śmigła lub pompa odśrodkowa, musi często przechodzić przez jedną lub więcej swoich krytycznych prędkości, gdy przyspiesza lub zwalnia.Działając z prędkością krytyczną, obiekty te wibrują o wysokiej amplitudzie, co może powodować uszkodzenie.

Wszystkie obiekty złożone z materiału sprężystego mają jedną lub więcej naturalnych częstotliwości.Częstotliwość naturalną obiektu jest liczba razy, kiedy porusza się tam iz powrotem po tym, jak zostanie wprowadzony w ruch.Gdy obiekt wibruje przy jednej z jego naturalnych częstotliwości, mówi się, że ma rezonans lub dużą amplitudę wibracyjną.Na przykład w instrumencie muzycznym rezonans ten jest pożądany, ponieważ powoduje naturalne wzmocnienie dźwięku instrumentu.Jednak w rotordynamice rezonans ten jest niepożądany, ponieważ powoduje, że elementy mechaniczne wibrują silnie, co może uszkodzić układ.

Istnieje wiele bodźców, które mogą powodować rezonans, z których jednym jest ruch obrotowy.Gdy obiekty ruch obrotowy, zwany również prędkością kątową, powoduje rezonans, ma on krytyczną prędkość.Obracające się obiekty mechaniczne muszą być zaprojektowane tak, aby szybko przechodzą przez te krytyczne prędkości, aby wzmocnione wibracje, które zachodzą przy tej prędkości, nie powodują uszkodzenia.

Pompowanie odśrodkowe lub śmigło przemieszczają się przez różne prędkości kątowe, gdy przyspiesza lub deleleruje się.Podczas gdy taki poruszający się system będzie naturalnie miała pewne wibracje, wzmocnione wibracje z prędkością krytyczną należy unikać lub przechodzić szybko, jeśli system ma się utrzymać z czasem.Rotordynamika jest zatem bardzo zainteresowana rozwiązaniem różnych prędkości krytycznych, które mogą wpłynąć na żywotność obracającej się maszyny.

Najniższa częstotliwość obrotowa, która powoduje wibracja obiektu przy jednej z jego naturalnych częstotliwości, jest znana jako jego pierwsza prędkość krytyczna.Obiekt może mieć nieskończoną liczbę krytycznych prędkości, ale najważniejsza krytyczna prędkość dla inżynierów do rozważenia jest pierwsza.Niektóre obracające się obiekty są zaprojektowane do działania poniżej ich pierwszej krytycznej prędkości, ale wiele obraca się powyżej tej prędkości.Tak długo, jak prędkość obrotowa szybko przechodzi przez prędkość krytyczną, nie powinno to mieć znaczącego wpływu na żywotność obracającej się maszyny.Problemy mogą jednak wystąpić, jeśli obiekt jest zaprojektowany do obracania się z krytyczną prędkością, ponieważ powstałe wibracje mogą spowodować pęknięcie maszyny.