汽轮机组是电力系统中的重大设备,机组的运行必须安全、可靠。汽轮机转子是汽轮机组的核心部件之一,因工作条件复杂易发生失稳故障。到目前为止,国内外已发生多起因汽轮机转子失稳而引起的事故,造成了巨大经济损失。引起转子失稳因素主要有转子运行因素及工况因素,如启动速度与运行速度靠近临界转速时引起严重失稳现象,转子叶片、叶轮受到变化蒸汽激振力发生强烈振动,转子受到轴承非线性油膜力的失稳。转子失稳直接影响了转子的寿命,所以通过研究汽轮机转子稳定性对提高转子的寿命及可靠性有重大意义。本文主要结合武汉汽轮机厂C50-8.83/0.98型汽轮机转子-轴承系统,依据多体动力学理论、转子系统高等动力学理论,采用虚拟样机仿真技术建立了汽轮机转子虚拟样机模型,采用模态分析法代替Prohl传递矩阵法求解了临界转速,对施加蒸汽激振等效载荷的虚拟样机进行动力学仿真,分析了蒸汽激振力对转子轴承系统稳定性的影响规律。轴承是影响转子稳定性的重要因素之一,轴承油膜力的变化会引起油膜振荡,本文将轴承油膜力数学模型中8个参数在转子-轴承系统虚拟样机中进行了定义,对油膜振荡过程进行了仿真,分析了轴承油膜振荡引起转子不平衡的规律,并将虚拟样机参数化设计方法应用到转子-轴承系统的稳定性优化中,这也为求解其它复杂旋转机械优化问题找到了新方法。课题的研究结论在企业的生产实践中得到了验证,转子在特定仿真环境中的性能分析数据也指导了设计、制造过程。中国长江动力集团汽轮机厂与湖北省数字制造重点实验室在开展关于汽轮机项目的过程中,对论文中的研究结论进行了验证。目前,转子临界转速是汽轮机厂最关心的问题,论文中虚拟样机的临界转速与原型机临界转速一致,蒸汽激振力对转子不平衡响应结论合理地解释了汽轮机转子在一定工作状况下的共振现象。通过轴承油膜振荡研究分析了轴承动力特性对转子稳定性的影响,工作人员可以根据轴承动力特性来预测机组运行是否安全、可靠。同时,转子-轴承稳定性优化结果也为进一步改进该厂C50—8.83/0.98型汽轮机转子提供了指导意见。