随着水轮发电机组容量和尺寸的不断增加，其稳定性受到人们的高度关注。调查显示已投运的许多大型机组因存在振动、噪声、裂纹等问题，而不能正常运行。提高大型水轮发电机组的稳定性成为学科的前沿课题，具有重要的学术价值和巨大的经济效益。　　本文系统地研究了质量不平衡、电磁、刚度、机械-电磁耦合、水力等因素对机组稳定性的影响，以及提高稳定性的实验方法，得到以下结论：　　用经典方法、传递矩阵法和有限元方法，建立水电机组轴系计算模型，计算了三峡机组轴系的临界转速。三种方法所得的计算结果比较表明：三种方法计算的结果相对误差小于10％，都满足工程应用。　　建立单圆盘转子横向振动线性力学模型，研究了离心力、不平衡电磁力及刚度对三峡水轮发电机组轴系稳定性的影响。研究表明提高平衡等级可以大幅减小质量不平衡响应；而不平衡磁拉力使轴系第1阶临界转速下降11%,响应增加2倍;陀螺力矩使轴系的临界转速显著提高；提高上导轴承刚度有利于机组的稳定运行；轴系自身刚度变化对稳定性影响非常小。　　由于机械和电磁相互耦合，水轮发电机的电磁振动具有非线性的特征。根据不平衡磁拉力与转子偏心的非线性函数，建立了水轮发电机转子电磁振动的非线性模型。利用非线性振动理论的多尺度方法，从理论上分析了水轮发电机转子不平衡磁拉力引起的电磁振动。考虑到不平衡磁拉力的非线性性质后，发现当临界转速接近2倍或3倍工作转速时，会出现超谐波共振；同样，若临界转速接近工作转速的1/2或1/3时，会出现次谐波共振。最后用模拟试验的结果验证了理论分析的结论。　　水轮机尾水管压力脉动和空蚀是影响其稳定性的主要因素，本文研究了压力脉动和空蚀导致水轮机振动的机理。建立了水轮机尾水管的螺旋涡带模型和涡带-锥管空蚀模型来研究涡带的动力特性，导出尾水管涡带的压力脉动频率和尾水管振动系统的自振频率公式，避免涡带激振频率与自振频率和结构固有频率重合而发生共振。以某水轮机为例将计算值与试验结果进行了比较，理论值与试验结果相吻合。　　实验技术是提高大型水轮发电机组稳定性的重要手段，本文研究了支撑系统刚度实验和现场精密动平衡方法。基于锤击法和变时基技术对某水轮发电机上机架动力特性进行试验研究，得到了机架的固有频率及动刚度，并对机架进行加固，提高其固有频率和动刚度，从而提高了机组运行稳定性；提出了一种基于时域分析和频域分析相结合的平衡方法，用时域分析确定不平衡力的相位，用频域分析确定不平衡力的大小。该方法具有平衡精度高、开机次数少等优点。并用某300MW水轮发电机转子的现场平衡验证了该方法的准确、适用。