汽轮发电机组是我国装备制造业的重大设备,在电力行业发挥着及其重要的作用,它能否正常运行直接关系到国家的经济效益及社会效益。汽轮机作为发电机组中的动力源头,其安全性、稳定性直接影响到整个汽轮发电机组的寿命,减少汽轮发电机组的故障、提高其可靠性是保证电力系统安全运行的前提。汽轮机转子是整个系统中的核心部分,振动是在发生故障时最为普遍的现象。因此,研究汽轮机转子在故障状态下的振动特性,达到为故障诊断提供基础数据的目的,对于延长汽轮机的寿命,并保证其安全可靠地运行具有重要意义。本文以中国长江动力集团50MW汽轮机为对象,多体动力学为理论基础,利用虚拟样机技术研究了汽轮机转子在故障状态下的振动特性。从研究转子过临界转速下的振动特性出发,分析了转子不平衡和碰磨故障状态下的响应规律。基于多体系统动力学理论,建立了汽轮机转子数字样机模型,分析了在过临界转速下的振动特性,研究了刚度、阻尼对临界转速的影响,转子振幅随临界转速的变化关系,轴承在临界转速下的振动特性。最后,采用一种变负载的方式来减弱汽轮机转子在过临界状态下的振动剧烈程度。为了模拟不平衡故障状态下的转子的响应,通过添加不平衡质量块的方式建立了相应的故障状态下的虚拟样机模型。分析了不平衡质量块在不同位置对转子轴承的振动特性的影响,研究了在第19级叶轮上不同的质量块对转子的轴承、转轴的影响规律,并对不平衡故障状态下的转子系统进行了频谱分析,验证了一倍频振动分量会占据频谱的主要成份,在此基础上进一步建立了转子不平衡判断的数学模型。为了模拟碰磨故障状态下的转子响应,通过给转子轴颈处施加三角形脉冲力来建立故障状态下的虚拟样机模型。基于转子碰磨理论,研究了转子在该状态下的轴心轨迹呈椭圆形的变化规律,并对碰磨状态下的转轴和轴承的振动响应进行了分析,阐述了汽轮机转子碰磨故障状态下的频谱征兆,对于分析其故障机理具有一定的意义。C50-8.83/0.98汽轮机转子振动特性的研究为产品的设计提供了可行性的依据。