整体齿轮式离心压缩机具有效率高、结构紧凑、运行性能宽等特点,广泛的应用在石油、化工等流程工业中。目前,我国对这种机组的需求量很大,但是由于国内生产的整体齿轮式离心压缩机运行稳定性差、故障率较高,给企业带来经济和社会效益的损失,致使该类压缩机主要依赖进口。因此,开展整体齿轮式离心压缩机组齿轮耦合系统和流固耦合系统典型故障机理及诊治方法研究十分必要,能够为该类压缩机组的高效、可靠及智能化运行提供了创新性的理论依据和关键技术。本论文在国家973项目“高端压缩机组高效、可靠及智能化基础研究”和中石化科技开发项目”机械蒸汽再压缩关键技术开发和应用研究”的支持下,以整体齿轮式离心压缩机为研究对象,开展齿轮耦合系统动力学理论研究与对比验证,针对高金吉院士发现的临界负荷故障机理进行理论与实验研究,基于流体动力学研究喘振故障机理并提出喘振故障的预警识别和抑制方法,最终针对MVR废水处理装置中的整体齿轮式离心压缩机研发了一套智能监控系统。论文主要研究内容如下:为解决国内在整体齿轮式离心压缩机理论基础薄弱和齿轮-转子-轴承耦合系统动力学设计校验方法欠缺的问题,提出了一种基于有限元方法的齿轮耦合系统动力学计算分析方法,通过与国外多种求解方法对比分析,验证了该方法的准确性。针对整体齿轮式离心压缩机在负荷变化过程中发生的临界负荷故障,使用齿轮耦合系统动力学计算分析方法,求解耦合系统的不平衡响应,利用实验结果与仿真计算结果对比研究,揭示了临界负荷故障机理及规避方法;创新性的提出了针对整体齿轮式离心压缩机的耦合系统设计校验方法并使用Matlab编写了设计软件。针对现有离心压缩机监控系统无法对喘振故障准确预警问题以及防喘系统的喘振限难以准确测试标定这两个在生产中碰到的丞待解决的实际问题,通过流体动力学建模分析喘振故障产生机理;提出了基于贝塔分布、趋势滤波和变模态分解的喘振故障早期预警识别方法;在企业现场实际的离心压缩机上使用振动分析手段实现防喘系统喘振限实验标定及优化;最终提出了融合振动信息与工艺信息的喘振故障控制策略,并进行了实验验证。针对MVR废水处理装置中的整体齿轮式离心压缩机,使用本文研究的关键技术在设计阶段对其进行了动力学设计校验,有效的规避了临界负荷故障;针对该压缩机研发了一套可以在防爆环境下使用的具有自动防喘功能的监控系统。