水轮发电机组是水力发电的主要设备,而其轴系又是水轮发电机组的关键部位,它的动力特性的优劣直接关系到电站的安全性和机组运行的稳定性、可靠性及寿命。因此,对大型水轮发电机组进行理论分析具有重要意义。本文采用集总化模型,分别对机组主轴系统影响较大的系统边界条件,如导轴承、水封、电磁拉力、转轮处的水体等建立了它们的数学模型,并结合稳定性良好的Riccati传递矩阵法,分别考虑机组轴系的支撑基础为刚性、弹性两种情况对机组轴系进行了自振特性的分析,并在刚性支撑基础上分析了不均衡磁拉力对临界转速的影响。采用Riccati传递矩阵法和Newmark-β数值积分相结合的方法,分析了轴系瞬态响应。分别采用线性模型和非线性模型,计算分析了大型水电机组主轴系统振动的瞬态响应问题。首先对主轴系统进行了建模处理,充分考虑了剪切效应、转动惯量及陀螺力矩等因素;其次,推导出了在任意激励作用下主轴系统瞬态响应的求解公式,编制了相应的程序进行计算,并对计算结果进行了分析比较。并且分析比较了发电机电磁拉力对轴系振动的影响。通过研究比较得出如下结论:1)弹性支撑对轴系临界转速影响较大;2)不均衡磁拉力使轴系第一阶临界转速降低,而对第二阶临界转速无影响;3)当转子有初位移和初速度时,非线性情况下轴系各结点的收敛速度大于线性情况下的收敛速度;4)在小不平衡量条件下,非线性响应的轨迹响应变化更加复杂。