Что такое критическая скорость?

Говорят, что объект достигает критической скорости, когда скорость его вращения соответствует одной из его собственных частот. Критическая скорость изучается в области физики, известной как роторная динамика, которая имеет дело с вращательным или угловым движением. Вращающийся объект, такой как пропеллер или центробежный насос, часто должен проходить через одну или несколько критических скоростей, когда он ускоряется или замедляется. При работе на критической скорости эти объекты вибрируют с большой амплитудой, что может привести к их повреждению.

Все объекты, которые состоят из упругого материала, имеют одну или несколько собственных частот. Естественная частота объекта - это количество раз, которое он будет перемещать взад и вперед после его приведения в движение. Говорят, что когда объект вибрирует на одной из своих собственных частот, он имеет резонанс или большую амплитуду колебаний. Например, в музыкальном инструменте этот резонанс желателен, потому что он вызывает естественное усиление звука инструмента. Однако в роторной динамике этот резонанс нежелателен, поскольку он вызывает сильную вибрацию механических элементов, которые могут повредить систему.

Существует ряд стимулов, которые могут вызвать резонанс, одним из которых является вращательное движение. Когда вращательное движение объекта, также называемое угловой скоростью, вызывает резонанс, оно имеет критическую скорость. Вращающиеся механические объекты должны быть спроектированы так, чтобы быстро проходить через эти критические скорости, чтобы усиленная вибрация, возникающая при этой скорости, не вызывала повреждений.

Центробежный насос или пропеллер будет двигаться с различными угловыми скоростями, поскольку он ускоряется или замедляется. В то время как движущаяся система, подобная этой, будет, естественно, иметь некоторую вибрацию, усиленную вибрацию на критической скорости следует избегать или быстро пропускать, если система должна удерживаться во времени. Таким образом, ротординамика очень заинтересована в разрешении различных критических скоростей, которые могут повлиять на срок службы вращающейся машины.

Самая низкая частота вращения, которая заставляет объект вибрировать на одной из его собственных частот, называется его первой критической скоростью. У объекта может быть бесконечное количество критических скоростей, но самая важная критическая скорость, которую должны учитывать инженеры, - это первая. Некоторые вращающиеся объекты предназначены для работы ниже своей первой критической скорости, но многие вращаются выше этой скорости. Пока скорость вращения быстро проходит через критическую скорость, это не должно оказывать существенного влияния на срок службы вращающейся машины. Однако могут возникнуть проблемы, если объект рассчитан на вращение с критической скоростью, так как возникающие вибрации могут привести к поломке машины.