本文以煤化工装置用10万等级大型空分压缩机组为研究对象,针对该空分机组存在的能耗高、效率低等问题,围绕转子系统零部件优化设计、转子系统力学模型、转子系统不平衡响应分析、转子系统稳定性分析方法、整机扭振分析五部分内容展开研究。采用SolidWorks软件创建叶轮实体模型,取其扇区模型作为分析对象,导入有限元分析软件ANSYS进行应力分析和模态分析,依据分析结果以及定子件结构来制定叶轮去重方案以及叶轮叶片数目的确定。针对优化后的转子系统分别建立三种结构模型,包括实际螺栓联接结构、日本三井的简化结构、不考虑螺栓的一体化结构。分别以其法兰盘螺栓联接位置为中心,向两侧各取出一定长度的轴段作为研究对象,在ANSYS Workbench软件中,采用一端固定,另一端施加弯矩的方法,获取受弯矩影响下的挠度变化趋势。与此同时,沿着最大受弯面来定义路径,根据路径绘制挠度对比图,以此来间接衡量三种结构的弯曲刚度,为后续的转子动力特性评估提供理论依据。采用RBSP2012软件建立转子系统动力学模型,通过程序默认的激励施加方式来对转子系统进行不平衡响应分析,并对多个不同方案的不平衡响应分析结果进行对比研究。依据API617中的轴流压缩机交叉刚度计算公式,调整对应的参数,输入到RBSP2012软件中,完成转子系统Ⅰ级稳定性分析,并将Ⅰ级稳定性分析中所计算得到的轴流段8级叶片组的预期交叉耦合刚度,作为假设的密封交叉刚度参数输入到RBSP2012软件中,用来计算转子系统Ⅱ级稳定性。采用RBSP2012软件建立整机轴系扭转动力学模型,进行扭振分析。