随着超超临界汽轮机发电机组向着高性能、大容量的发展,流体密度不断增大、流速不断提高、压差不断增大、流体对转子的作用力不断增大,从而对转子系统的动力学特性和稳定性影响越来越大。大量的研究证实:非线性密封力和非线性油膜力对转子-轴承-密封系统动力学特性影响很大。本文以理论建模、数值仿真、计算流体动力学分析(CFD)和实验相结合的方法研究了高压流体对转子-轴承-密封系统运转的影响,深入研究了转子-轴承-密封耦合系统动力学特性。本文的主要研究内容如下:　　采用流体动力学软件Fluent对密封环(5齿)、密封组(20齿)腔内流体的流动情况进行二维和三维定常分析,研究定常条件下的压力分布规律以及流体激振力与偏心率、转速的关系,研究密封结构(齿宽、腔宽、间隙)和密封压差对泄漏量的影响规律。通过与已有的实验结果对比,验证了本文计算方法的正确性。在对迷宫密封二维5齿流场分析时,发现密封腔内存在涡流移动和小涡流现象。通过研究发现,随着网格数的增加,大涡流中心会从密封腔出口向着密封腔入口处移动,当网格数增加到一定值时密封腔入口处出现小涡流现象,此时密封腔内同时出现大涡流和小涡流,其对迷宫密封力将有一定的影响。本文还对二维20齿迷宫密封模型和三维5齿迷宫密封模型进行流场研究,获得了同样的结果,进一步验证了涡流移动和小涡流现象。　　建立Muszynska非线性密封力模型,针对高温、高压超超临界汽轮机组,无法通过实验方法确定Muszynska模型中的重要参数,提出用CFD方法确定该模型中的两个重要参数。将复杂的转子系统简化为两端简支的 Jeffcott转子系统,并采用Muszynska迷宫密封力非线性模型,建立转子-密封系统非线性动力学方程。通过数值方法,研究转速对密封动力学特性的影响,计算不同转速下的转子局部分岔图、时间历程图、频谱图、轴心轨迹图、相图和 Poincare图,揭示了转子-密封系统的单周期运动、倍周期运动和概周期运动随转速变化过程。同时,还讨论密封长度和密封直径对系统分岔转速的影响,以及压差、转速、预旋、密封间隙、密封长度对密封动力学参数的影响。　　基于滑动轴承传统八参数模型、长轴承非线性油膜力模型、短轴承非线性油膜力模型和 Capone圆轴承非线性油膜力模型,研究不同转速和 Sommerfeld数下的轴承动力学特性,得到转速和Sommerfeld数对偏心率、最小油膜厚度、最大油膜压力、摩擦功耗、温升、临界轴颈质量、刚度系数、阻尼系数、二维和三维油膜压力的影响规律。采用Muszynska非线性密封力模型和Capone圆轴承油膜力模型,建立超超临界汽轮发电机组高压端转子-轴承-密封系统的非线性动力模型。通过数值方法,研究转速对转子-轴承-密封动力学特性的影响,计算不同转速下的转子时间历程图、轴心轨迹图、Poincare图和频谱图,揭示转子-轴承-密封系统的单周期运动、倍周期运动和概周期运动随转速的变化过程。还讨论了密封间隙、密封直径、密封长度等重要结构参数对转子系统临界转速的影响,并对比分析未加入密封和加入密封两种情况下轴系的临界转速变化情况。　　最后,对密封流体激振力作用下的转子-轴承-密封系统动力学特性进行了实验研究,研究了不同密封压差、不同密封间隙、不同偏心、不同转速下,密封流体激振力对轴系临界转速的影响规律。实验采用增加密封齿数、设计径向间隙可调机构、增加气流反向预旋、优化密封结构等方法,增强了气流激振力对转子的作用,使实验结果更加精确。研究结果表明,实验结果和理论结果一致,进而验证了转子-轴承-密封系统动力学特性理论分析结果的正确性。