在石油化工、能源及国防等领域,空分装备都发挥着无可替代的作用。随着国家重大工程建设与重要工业生产对复杂空分成套设备的重大战略需求,空分装备正由大型化向超大型化发展,目前国家大力推行空分装备的国产化及自主创新。空分机组转子系统在运行过程中存在各种故障,影响整体机组的正常稳定运行。因此,研究超大型空分机组转子系统运行稳定性有着十分重要的意义,目前科研人员已对这方面进行了一些研究并取得了良好的成果。针对超大型空分的多故障、耦合故障、轻微故障、早期故障动力学行为研究,利用这些故障行为特性对机组的故障进行定量诊断和运行稳定性评估,分析故障个数、类型、位置,以及故障严重程度,据此建立超大型空分机组运行稳定裕度评价体系,提供机组实时稳定性监控并指导产品设计,具有十分重要的现实意义及应用前景。本论文的主要工作是围绕超大型空分机组运行稳定裕度评价体系进行的一系列研究,具体内容如下:(1)针对超大型空分的复杂结构结合降维的固定界面模态综合法和求解非线性动力学方程的数值解法,研究其多自由度转子系统的多故障、耦合故障动力学行为,分析了故障参数对故障动力学行为的影响,初步建立故障参数/故障动力学行为-故障严重程度的映射关系。(2)针对超大型空分的实时监测诊断需求提出一种基于有限元理论和谐波平衡理论的旋转机械多跨转子系统多故障、耦合故障定量诊断方法,将故障位置定位在“点”上,并能够识别微弱故障的位置;分析支承刚度、噪声信号等因素对诊断方法的影响;仿真和实验证明诊断方法的有效性和可行性。(3)针对超大型空分的稳定运行要求以故障转子动力学、智能故障诊断技术为基础,通过模糊理论建立转子系统振动特征-运行稳定性的映射关系,结合故障参数/故障动力学行为-故障严重程度映射关系,建立超大型空分机组运行稳定裕度评价体系,为机组提供实时运行稳定裕度参考、并通过响应预测指导产品设计;以工程故障检测维护实例为例,验证运行稳定裕度评价体系的可行性;编制超大型空分机组转子系统运行稳定裕度评价软件。(4)针对稳定运行的要求开发超大型空分装备多机组同步稳定评价专家系统,采用协同式专家系统和模糊专家系统相结合的大型综合协同式专家系统解决多机组同步稳定的评价问题。(5)提出针对不平衡振动过大的多跨转子系统不平衡动力学匹配方法,能够有效的降低不平衡振动,提高机组的运行稳定性,丰富转子系统平衡技术。