微型燃气轮发电机是一类新近发展起来的小功率燃气轮机,它能利用多种气体为燃料,其单机功率范围为25~300kW。近年来,随着全球范围能源与动力供需结构调整及环保部门等要求,微型燃气轮发电机组已逐渐成为分布式供能的主力,得到了能源等有关部门的高度重视。先进的微型燃气轮发电机核心结构为转子-轴承系统,其透平与压气机叶轮是背靠背结构,发电机用永磁铁转子与燃气轮机转子同轴,联为一体,为单转子结构。采用如此设计提高了工作的可靠性及紧凑型,但是增大了转子-轴系动力学设计及分析的复杂性。我国自主研发的100kW微型燃气轮发电机采用了高速浮环油膜轴承作为支承部件,此类轴承在整个工作转速范围内容易诱发次同步非线性失稳行为,导致机组振动急剧加大、轴系磨损,抱轴和断轴等现象。为了避免此类现象的发生,需要对转子-浮环轴承系统动力学进行深入的理论分析并提出一个准确的物理仿真模型,使其有效地对轴系及支承部件进行计算分析,来提高生产厂商的设计效率并能节省开支。　　本文以流体动力润滑理论为基础,从微元流体本构方程、Naviar-Stokes方程、Cauchy运动方程、连续性方程等能量守恒原理出发,推导了浮环轴承内、外层油膜动态油膜压力的Reynolds方程及非线性油膜力方程。应用h-有限元方法与Galerkin方法建立压力控制方程的变分形式来求解浮环轴承的内、外层油膜压力分布,并利用摄动法,在微小摄动范围内应用Newton-Raphson迭代程序,确定浮动环的平衡位置及转速,求出环速比及微型燃气轮机前、后浮环轴承的内、外油膜的动特性系数,同时求出在指定工作转速范围内的动特性系数的变化规律及曲线。　　润滑油的温度与粘度对浮环轴承动特性影响很大,本文推导了适用于浮环轴承的粘度和密度系数都是随温度变化的综合热流体力学润滑方程与油膜间隙内考虑剪切稀化作用的热平衡方程,由流体和固体之间产生的热传导、热对流和流体的热积聚等过程的能量方程式。计算了浮环轴承内、外层油膜间隙随转速变化的温度变化曲线与考虑温度变化时的典型工况下内、外层油膜的刚度和阻尼系数。总结了转子和轴承之间、固体表面与转子、轴承座、浮环套等轴承固体部件之间的热传导规律,分析了浮动环的热变形对浮环轴承内、外层间隙的影响及其导致油膜的动态特性的变化规律。同时计算了浮环在高速转动,承受惯性离心力作用下,浮环结构的变形规律以及对轴承动特性的影响分析。　　从线性和非线性、稳态与非稳态转子-轴承动力学基本理论出发,利用商用有限元软件针对微型燃气轮机转子-浮环轴承系统特有的悬臂、大柔性、高转速等特性进行线性非线性转子动力学理论分析及仿真,计算了轴系的不平衡响应、稳定性分析与非线性振动等相关结论并给出系统参数改动方案,为实际机组设计提供宝贵的理论依据。利用解析解与实验模态方法验证了有限元软件2D单元旋转3D模型建立与数值仿真的准确性。　　最后对实际100kW微型燃气轮机原型机进行试验点火测试,实验地点在哈尔滨东安发动机集团公司燃气轮机实验室。试验内容包括在实际工况下的点火试机、对转子系统振动水平的监测及转子-浮环轴承系统的可靠性和稳定性。通过各种试验数据与前文的仿真进行分析、比较、并总结规律,验证了仿真计算工具的准确性,为实际机组设计提供理论支持。