超临界二氧化碳（Supercritical Carbon Dioxide,_SCO₂）布雷顿循环发电技术是具有革命性、替代性的新一代发电技术。因循环过程中_SCO₂循环温度较高,透平机主轴冷却成为难题,透平机主轴冷却装置成为制约该技术进一步发展的关键装置。透平机主轴冷却设计需要满足发电装置对密封件、轴承、齿轮等部件的温度要求;此外透平机叶轮处于悬臂状态,在高速运转工况下,主轴的刚度直接影响到透平机运行稳定性。因此,研究冷却装置作用下透平机主轴的轴向温度分布特性和径向刚度特性对_SCO₂布雷顿循环发电技术的发展和透平机测试试验装置的研发具有十分重要的意义和价值。本文将透平机主轴冷却装置设计为以_SCO₂为冷却介质的气浮滑动轴承。针对该冷却装置和透平机主轴,采用理论分析和数值仿真的方法对透平机主轴轴向温度分布和冷却装置径向刚度进行了研究。基于微单元能量平衡法对主轴的温度分布进行理论分析,建立了主轴轴向温度分布的理论模型,并将理论分析结果和数值仿真结果进行了对比分析,结果表明:主轴轴向温度的理论分析结果和数值仿真结果有较好的一致性;研究了不同转速、压力工况下冷却装置的换热特性,结果表明:在普通状态下,压力对换热系数影响较小;CO₂从亚临界到超临界变化过程中,换热系数曲线先增大后减小,在其临界点出现峰值;随着压力的增大换热系数曲线峰值出现右移与CO₂临界点位置变化规律一致。主轴转速影响冷却介质的泰勒数和雷诺数,随主轴转速提高,换热系数整体出现较大幅度的增大。基于静压和静动压支承的分析方法对透平机主轴冷却装置的承载力和刚度进行了理论分析,推导出了承载力和刚度的表达式。利用数值方法对冷却装置和主轴的流—固—热耦合模型进行了研究,得到了供气压力、转速、偏心等参数对承载力及刚度的影响规律。结果表明:低转速下冷却装置内部动压效应极小,其对气膜压力的影响可以忽略;高转速下,动压效应的主要影响因素是转速和偏心率。低转速下,冷却装置气膜承载力和偏心率及进气压力均呈非线性正相关关系;高转速,偏心率较小的情况下,承载力大小随进气压力的变化更为明显;在高转速、大偏心率条件下,动压效应引起承载力的变化更为明显。较低转速下,随偏心率的增大,刚度先增大后减小,极值出现在偏心率0.32附近。高速动静压耦合效应下,转速和直接刚度K_tt呈正相关关系,对K_nn的影响较小;交叉刚度K_nt和K_tn随转速的提高表现出明显相反的趋势,K_nt随转速提高逐渐减小,K_tn逐渐增大。通过对_SCO₂布雷顿循环透平机主轴冷却装置的研究,可以发现冷却装置对主轴冷却具有显著作用,且主轴转速、冷却剂压力对承载力和刚度均有一定的影响。本研究对透平机测试实验台研发及工程应用具有一定的参考价值。