水轮机空化会造成水轮机振动,效率降低,严重危害水轮机运行安全。因此,对水轮机的空化状态进行监测和研究有着重要的意义。目前,利用声发射技术检测空化信号越来越受到研究者的关注。空化产生的声发射信号是一种非平稳和非周期性的突变信号,传统方法难以提取特征。因此,本文旨在建立一种新的特征提取方法——基于改进EMD与关联维数的水轮机空化声发射信号特征提取方法。主要内容包括:(1)基于水轮机空化试验的声发射信号采集。混流式水轮机模型空化试验在国内一座具有国际先进水平、综合精度<±0.2%的闭式水轮机模型试验台上进行。该试验台配备有水轮机性能测试分析系统,能够采集、保存用以计算水轮机模型效率和空化系数的相关物理量。通过改变尾水箱液面的压力来实现不同工况的调整,待到工况稳定后,通过数据采集系统对空化声发射信号进行采集以用于后续信号特征提取。(2)针对EMD算法存在的端点效应问题,提出用基于镜像延拓与可变余弦窗的改进EMD方法。该方法首先对信号进行镜像延拓,然后对延拓后的信号加可变余弦窗函数,最后对加窗后的信号进行EMD分解,得到多个IMF同时舍去各个IMF延拓部分的数据。仿真信号结果表明:该方法可以有效抑制EMD的端点效应。针对EMD虚假模态问题,采用基于能量谱的虚假模态识别方法。该方法通过计算各个IMF的能量谱,并与能量谱的阈值进行比较。仿真信号结果表明:该方法可以有效的剔除虚假模态分量。(3)针对水轮机空化声发射信号特征提取,提出基于改进EMD与关联维数的水轮机空化声发射信号特征提取新方法。该方法首先用改进EMD处理空化声发射信号得到一系列IMF,同时剔除虚假IMF;其次,对各IMF提取其关联维数以表征空化特征。(4)基于改进EMD与关联维数的水轮机空化声发射信号特征提取方法对不同转速、不同流量下的多工况空化声发射信号进行特征提取。结果表明,从无空化到初生空化,再到临界空化的过程中,各阶IMF分量的关联维数逐渐增大,具有明显的规律性。声发射信号主要成分的关联维数的增加直接反映了水轮机空化演化过程,其流动状态变得更加紊乱。该研究可为包括水轮机在内的水力机械空化信号的特征提取提供参考。