Co to jest prędkość krytyczna?
Mówi się, że obiekt osiąga prędkość krytyczną, gdy prędkość jego obrotu odpowiada jednej z jego naturalnych częstotliwości. Prędkość krytyczna jest badana w dziedzinie fizyki zwanej rotordynamiką, która zajmuje się ruchem obrotowym lub kątowym. Obracający się obiekt, taki jak śmigło lub pompa odśrodkowa, często musi przechodzić przez jedną lub więcej prędkości krytycznych podczas przyspieszania lub zwalniania. Podczas działania z prędkością krytyczną obiekty te wibrują z dużą amplitudą, co może powodować uszkodzenia.
Wszystkie obiekty zbudowane z elastycznego materiału mają jedną lub więcej częstotliwości naturalnych. Naturalna częstotliwość obiektu to liczba ruchów tam iz powrotem po uruchomieniu. Kiedy obiekt wibruje na jednej ze swoich naturalnych częstotliwości, mówi się, że ma rezonans lub dużą amplitudę wibracji. Na przykład w instrumencie muzycznym ten rezonans jest pożądany, ponieważ powoduje naturalne wzmocnienie dźwięku instrumentu. Jednak w rotordynamice ten rezonans 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. Kiedy ruch obrotowy obiektu, zwany także prędkością kątową, powoduje rezonans, osiąga prędkość krytyczną. Obracające się obiekty mechaniczne muszą być zaprojektowane tak, aby szybko przechodziły przez te krytyczne prędkości, aby wzmocniona wibracja występująca przy tej prędkości nie powodowała uszkodzeń.
Pompa odśrodkowa lub śmigło będzie poruszać się z różnymi prędkościami kątowymi w miarę przyspieszania lub zwalniania. Podczas gdy ruchomy system taki jak ten będzie naturalnie miał pewne wibracje, wzmocnionego drgania przy prędkości krytycznej należy unikać lub szybko przejść, jeśli system ma się utrzymać z czasem. Rotordynamics jest zatem bardzo zainteresowany rozwiązywaniem różnych prędkości krytycznych, które mogą mieć wpływ na żywotność wirującej maszyny.
Najniższa częstotliwość obrotowa, która powoduje wibrowanie obiektu przy jednej z jego naturalnych częstotliwości, znana jest jako jego pierwsza prędkość krytyczna. Obiekt może mieć nieskończoną liczbę prędkości krytycznych, ale najważniejsza prędkość krytyczna, którą inżynierowie powinni wziąć pod uwagę, to pierwsza. Niektóre obracające się obiekty są zaprojektowane do działania poniżej swojej pierwszej prędkości krytycznej, ale wiele obraca się powyżej tej prędkości. Dopóki prędkość obrotowa szybko przechodzi przez prędkość krytyczną, nie powinno to mieć znaczącego wpływu na żywotność wirującej maszyny. Problemy mogą jednak wystąpić, jeśli obiekt jest zaprojektowany do obracania się z prędkością krytyczną, ponieważ powstałe wibracje mogą spowodować uszkodzenie maszyny.