Vad är kritisk hastighet?

Ett objekt sägs nå kritisk hastighet när hastigheten på dess rotation motsvarar en av dess naturliga frekvenser.Kritisk hastighet studeras i en gren av fysik som kallas rotordynamik, som handlar om rotations- eller vinkelrörelse.Ett roterande föremål, till exempel en propell eller en centrifugalpump, måste ofta passera genom en eller flera av dess kritiska hastigheter när det accelererar eller retarderar.När de arbetar med kritisk hastighet vibrerar dessa objekt vid en hög amplitud, vilket kan orsaka skador.

Alla föremål som består av ett elastiskt material har en eller flera naturliga frekvenser.Den naturliga frekvensen för ett objekt är antalet gånger det kommer att röra sig fram och tillbaka när det är inställt i rörelse.När ett objekt vibrerar vid en av dess naturliga frekvenser sägs det ha resonans eller en stor vibrationsamplitud.I ett musikinstrument, till exempel, är denna resonans önskvärd eftersom den orsakar en naturlig förstärkning av instrumentets ljud.I rotordynamik är emellertid denna resonans oönskad eftersom den gör att de mekaniska bitarna involverade vibrerar starkt, vilket kan skada systemet.

Det finns ett antal stimuli som kan orsaka resonans, varav en är rotationsrörelse.När en objekt rotationsrörelse, även kallad vinkelhastighet, orsakar resonans, är det med kritisk hastighet.Roterande mekaniska föremål måste utformas för att passera snabbt genom dessa kritiska hastigheter så att den förstärkta vibrationen som uppstår vid denna hastighet resulterar inte i skador.

En centrifugalpump eller en propell kommer att röra sig genom olika vinkelhastigheter när den accelererar eller retarerar.Medan ett rörligt system som detta naturligtvis kommer att ha en viss vibration, måste den förstärkta vibrationen med den kritiska hastigheten undvikas eller passeras snabbt om systemet ska hålla upp över tiden.Rotordynamics handlar således mycket om att lösa de olika kritiska hastigheterna som kan påverka livslängden för en roterande maskin.

Den lägsta rotationsfrekvensen som får ett objekt att vibrera vid en av dess naturliga frekvenser kallas dess första kritiska hastighet.Ett objekt kan ha ett oändligt antal kritiska hastigheter, men den viktigaste kritiska hastigheten för ingenjörer att överväga är den första.Vissa roterande föremål är utformade för att fungera under sin första kritiska hastighet, men många roterar över denna hastighet.Så länge rotationshastigheten snabbt passerar genom den kritiska hastigheten, bör detta inte ha någon betydande effekt på den roterande maskinens livslängd.Problem kan dock uppstå om ett objekt är utformat för att rotera med sin kritiska hastighet, eftersom de resulterande vibrationerna kan få maskinen att bryta.