Vad är kritisk hastighet?
Ett objekt sägs uppnå kritisk hastighet när rotationshastigheten motsvarar en av dess naturliga frekvenser. Kritisk hastighet studeras i en gren av fysik känd som rotordynamik, som handlar om rotation, eller vinkelrörelse, rörelse. Ett roterande föremål, såsom en propeller eller en centrifugalpump, måste ofta passera genom en eller flera av dess kritiska hastigheter när det accelererar eller retarderas. När de arbetar med kritisk hastighet vibrerar dessa föremål med hög amplitud, vilket kan orsaka skador.
Alla föremål som består av ett elastiskt material har en eller flera naturliga frekvenser. Ett objekts naturliga frekvens är antalet gånger det rör sig fram och tillbaka när det sätts i rörelse. När ett objekt vibrerar vid en av dess naturliga frekvenser sägs det ha resonans, eller en stor vibrationsamplitud. I ett musikinstrument är till exempel denna resonans önskvärd eftersom den orsakar en naturlig förstärkning av instrumentets ljud. Inom rotordynamik är emellertid denna resonans oönskad eftersom den får de involverade mekaniska bitarna att vibrera starkt, vilket kan skada systemet.
Det finns ett antal stimuli som kan orsaka resonans, varav en är rotationsrörelse. När ett objekts rotationsrörelse, även kallad vinkelhastighet, orsakar resonans är det med kritisk hastighet. Roterande mekaniska föremål måste utformas så att de passerar snabbt genom dessa kritiska hastigheter så att den förstärkta vibrationen som uppstår med denna hastighet inte resulterar i skador.
En centrifugalpump eller en propell kommer att röra sig genom olika vinkelhastigheter när den accelererar eller retarderas. Medan ett rörligt system som detta naturligtvis kommer att ha viss vibration, måste den förstärkta vibrationen med den kritiska hastigheten undvikas eller passeras snabbt om systemet ska hålla upp över tiden. Rotordynamics är alltså mycket upptagen med att lösa de olika kritiska hastigheterna som kan påverka 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 arbeta under deras första kritiska hastighet, men många roterar över denna hastighet. Så länge rotationshastigheten passerar snabbt genom den kritiska hastigheten, bör detta inte ha någon betydande inverkan på den roterande maskinens livslängd. Problem kan emellertid uppstå om ett objekt är utformat för att rotera med sin kritiska hastighet, eftersom de resulterande vibrationerna kan göra att maskinen går sönder.