Kecepatan Kritis dalam Dinamika Rotor Dijelaskan

Definisi: Apa itu Kecepatan Kritis?

A kecepatan kritis adalah kecepatan putar yang sesuai dengan frekuensi getaran alami rotor. Ketika mesin beroperasi pada atau mendekati salah satu kecepatan kritisnya, fenomena resonansi Hal ini menyebabkan peningkatan getaran rotor yang dramatis dan seringkali berbahaya, karena ketidakseimbangan yang tersisa sekecil apa pun dapat menghasilkan gaya sentrifugal yang sangat besar. Setiap sistem rotor memiliki beberapa kecepatan kritis, yang sesuai dengan mode getarannya yang berbeda (misalnya, mode tekuk pertama, mode tekuk kedua, dll.).

Mengapa Kecepatan Kritis Begitu Penting?

Memahami dan mengelola kecepatan kritis merupakan salah satu aspek paling mendasar dalam desain dan analisis mesin putar. Mengoperasikan mesin pada kecepatan kritis, bahkan untuk waktu yang singkat, dapat berakibat fatal. Konsekuensinya meliputi:

• Getaran Berlebihan: Amplitudo dapat meningkat hingga faktor 10, 20, atau bahkan lebih, tergantung pada peredaman sistem.
• Kegagalan Komponen: Getaran tinggi dan defleksi poros dapat mengakibatkan kegagalan bantalan, kerusakan segel, dan gesekan antara bagian yang berputar dan yang diam.
• Kegagalan Poros yang Bencana: Dalam kasus yang parah, tegangan lentur dapat melampaui batas kelelahan material, yang menyebabkan poros retak atau patah.
• Bahaya Keselamatan: Kegagalan mesin pada kecepatan tinggi menimbulkan risiko signifikan terhadap personel dan peralatan di sekitarnya.

Karena alasan-alasan ini, mesin selalu dirancang untuk beroperasi dengan “margin pemisahan,” yang berarti kecepatan berjalan normalnya sengaja dijaga pada jarak aman dari kecepatan kritis apa pun.

Rotor Kaku vs. Rotor Fleksibel

Konsep kecepatan kritis adalah yang membedakan rotor “kaku” dari rotor “fleksibel”:

• Rotor Kaku: Rotor yang beroperasi *di bawah* kecepatan kritis pertamanya. Porosnya tidak mengalami pembengkokan yang signifikan selama pengoperasian. Rotor jenis ini biasanya lebih lambat dan lebih kokoh.
• Rotor Fleksibel: Rotor yang dirancang untuk beroperasi *di atas* kecepatan kritis pertamanya (dan terkadang kedua atau ketiga). Porosnya akan melentur dan membengkok saat melewati kecepatan kritis tersebut selama proses startup dan shutdown. Rotor ramping berkecepatan tinggi seperti yang terdapat pada turbin dan kompresor merupakan rotor fleksibel.

Mengelola Kecepatan Kritis dalam Operasi Mesin

Karena seringkali tidak praktis untuk merancang mesin berkecepatan tinggi yang tetap berada di bawah kecepatan kritis pertamanya, para insinyur menggunakan beberapa strategi untuk mengelolanya:

1. Margin Pemisahan

Strategi yang paling umum adalah memastikan kecepatan operasi kontinu mesin tidak terlalu dekat dengan kecepatan kritis. Margin pemisahan yang umum adalah ±20-30%. Misalnya, jika kecepatan kritis berada pada 3.000 RPM, mesin tidak boleh dioperasikan terus-menerus antara 2.400 RPM dan 3.600 RPM.

2. Akselerasi/Deselerasi Cepat

Untuk rotor fleksibel yang harus melewati kecepatan kritis, prosedur penyalaan dan penghentian dirancang untuk bergerak melalui rentang kecepatan kritis secepat mungkin. Bertahan pada kecepatan kritis memungkinkan amplitudo getaran meningkat ke tingkat yang berbahaya. Proses penyalaan yang cepat meminimalkan waktu terjadinya amplifikasi ini.

3. Peredaman

Peredaman adalah disipasi energi getaran, dan inilah yang membatasi amplitudo puncak pada resonansi. Bantalan, terutama bantalan film fluida, merupakan sumber utama peredaman dalam sistem rotor. Dengan mengoptimalkan desain bantalan, para insinyur dapat mengendalikan puncak getaran pada kecepatan kritis ke tingkat yang aman dan mudah dikelola.

4. Penyeimbangan Presisi

Getaran pada kecepatan kritis merupakan respons yang diperkuat terhadap ketidakseimbangan. Semakin seimbang rotor, semakin kecil fungsi gaya yang dihasilkan, sehingga semakin rendah puncak getarannya saat melewati kecepatan kritis. Untuk rotor fleksibel, diperlukan teknik penyeimbangan multi-bidang khusus.

Bagaimana Kecepatan Kritis Diidentifikasi?

Kecepatan kritis diidentifikasi menggunakan beberapa metode:

• Analisis Dinamis Rotor (RDA): Model komputer (seringkali menggunakan Analisis Elemen Hingga) dibuat selama fase desain untuk memprediksi kecepatan kritis dan bentuk mode rotor.
• Uji Coba Run-up/Coast-down: Metode eksperimen yang paling umum. Amplitudo dan fase getaran diplot terhadap kecepatan saat mesin dinyalakan atau dimatikan. Kecepatan kritis diidentifikasi oleh puncak amplitudo yang jelas disertai dengan pergeseran fase 180 derajat yang khas. Uji ini menghasilkan plot diagnostik seperti Plot Pertanda dan Plot Air Terjun.
• Pengujian Dampak (Uji Benturan): Memukul rotor dengan palu yang dilengkapi instrumen saat rotor sedang diam dapat membangkitkan frekuensi alaminya, yang sesuai dengan kecepatan kritis.

← Kembali ke Indeks Utama