多级离心泵作为常见的流体输送关键装置,广泛运用于石油、化工、钢铁、火力及海水淡化等大型工业领域。现阶段,多级离心泵正朝着高流量、高转速及高扬程方向发展,但与此同时,转子的振动、噪音和稳定性问题也更加凸显,这些问题已成为制约多级离心泵转子系统发展的核心问题,究其原因还是原有的计算模型不完善。实际上,多级离心泵转子系统的振动及稳定性问题归根结底是转子动力学中的流-固耦合问题,多级离心泵内不仅存在转子-轴承耦合问题,也存在转子-密封耦合问题,但目前的多级离心泵转子振动模型并未充分考虑密封口环、轴承、轴向力等多个因素之间的耦合作用,转子模型较为单一,无法满足多级离心泵的高流量、高转速及高扬程下的计算需求。因此,建立更加完善的多级离心泵转子系统耦合振动模型,准确预测转子系统的动力学特性,具有重要的研究价值和工程意义。本文以多级离心泵转子耦合系统为研究对象,分别创建了其横向稳态运动模型、横-轴双向耦合振动瞬态模型及非线性运动模型,并对其相应的动力学特性进行了求解。通过不同工况及参数结构对多级离心泵转子耦合系统的动力学行为展开研究,探寻其优化设计方法。同时,针对研究对象采用相应的试验研究以验证数值计算方法的可行性和准确性。论文的主要内容包括以下四个方面：第一,利用二分法和弦截法联合求解的混合法迭代求解滑动轴承静平衡位置,并采用小参数法求解了滑动轴承动特性系数；基于Hertz点接触理论和EHL理论推导了纯径向载荷下的简化调心球轴承刚度动特性系数求解模型并求解了包含接触刚度和油膜刚度共同作用的综合刚度动特性系数；利用Childs的有限长理论和打靶法求解计算了有限长口环密封动特性系数,并利用试验结果进行了验证；结合拉格朗日方程、有限元法和矩阵运算方法建立了完善的多级离心泵转子-轴承-密封耦合系统横向稳态运动模型。第二,设计并改造了国内首套“湿”转子系统试验台,可测试考虑密封支撑作用下的转子耦合动力学响应,通过优化试验部件结构,拓宽并提高了试验转速范围；对不同口环密封压差和间隙条件下多级转子耦合系统的动力学响应进行测试,处理得到转子系统一阶临界转速,验证了多级离心泵转子-轴承-密封耦合系统横向稳态运动模型的可靠性；研究了不同密封压差、密封间隙和转速对多级转子耦合系统稳态动力学特性和稳定性的影响。第三,结合拉格朗日方程和有限元法创建了包含轴向力作用的多级离心泵转子耦合系统横向运动模型和轴向运动模型,并利用相关文献中的多级离心泵轴系的纵向自由振动临界转速对轴向模型进行了验证；采用矩阵整合方法将独立的横向运动模型和轴向运动模型进行了耦合,建立了多级离心泵转子-轴承-密封耦合系统横-轴双向耦合振动模型；采用隐式的Newmark迭代法自行编写了转子系统横-轴双向耦合振动瞬态响应求解程序；详细研究了不同操作工况和结构参数对多级离心泵转子系统横-轴双向耦合振动瞬态动力学特性的影响。第四,利用经典的Capone非线性轴承油膜力模型和Muszynska非线性密封流体力模型,采用解析法建立了单级离心泵转子耦合系统非线性运动模型并通过自编的四阶Runge-Kutta法进行了求解；在单级转子耦合系统的基础上利用有限元法创建了多级离心泵转子耦合系统的非线性无量纲运动微分方程并对其动力学特性进行了求解分析；重点分析了不同转速、轴向力、轴承长度和密封间隙对多种激励力耦合作用下的多级离心泵转子耦合系统非线性动力学行为的影响。研究结果显示,本文提出的混合法相较于二分法和弦截法具有好的计算速度和求解效率；本文提出的多级离心泵转子耦合系统运动模型计算的一阶临界转速值与试验测量所得结果相比,最大相对误差仅有5.5%,其余相对误差均在5%以内；口环密封两端压差、密封间隙、轴向力、转速、轴承长度等参数均对多级转子耦合系统的动力学特性和稳定性具有重要影响；转子耦合系统蕴含丰富的周期运动、准周期运动和多周期运动等非线性运动形式。本文研究内容与结论可为多级离心泵转子耦合系统的结构设计及动力学响应优化设计提供理论指导和参考依据。