机械密封是石油化工、核电工业、航天航海等行业重要的旋转机械装置,广泛应用于离心泵、压缩机、搅拌机、涡轮机和航天发动机等旋转设备上。机械密封运行工况的变化会影响其端面状态,不良的工况会加剧端面磨损,进而导致密封性能的下降,甚至会出现密封突然失效的风险,这将严重危害生产安全并造成经济损失。所以,研究机械密封的磨损过程、状态监测与健康评估方法对维护机械密封的正常运行有重要意义。随着机械装备状态监测技术的发展,研究人员开始对机械密封金刚石涂层摩擦过程进行监测与分析,其中对非接触式密封的润滑状态研究较多。为了提高机械密封的服役寿命,涂层技术在该领域得到迅猛的发展,应用金刚石涂层技术的接触式机械密封因其较低的成本和良好的密封性能备受关注。与非接触式密封相比,接触式机械密封的摩擦过程持续性更强,磨损过程更复杂。现有研究证实了声发射技术对于监测非接触密封摩擦过程的有效性,但针对接触式机械密封的磨损声发射研究较少,也没有提出明确的评估密封状态的方法。此外,接触式机械密封设备是一个复杂的机械设备,机械密封以外的其他部件运行时产生的噪声会干扰机械密封关键零件磨损的声发射信号,目前针对接触式机械密封在实际运行环境中的声发射信号降噪研究也不够深入。本文在综合分析了国内外研究现状的基础上,设计了两套机械密封摩擦磨损试验装置,构建了机械密封的试验装置及基于声发射的状态监测系统,运用现代信号分析及处理方法,对机械密封金刚石涂层的磨损声发射信号进行了数据分析,并提出了金刚石涂层磨损声发射的降噪方法,最后对密封健康状态的评估方法进行了研究,具体内容如下:（1）基于多功能摩擦磨损试验机和接触式水泵密封装置,设计并构建了接触式机械密封金刚石涂层摩擦声发射特性研究和连续磨损过程研究的试验系统,建立了相关的试验体系,为后续的研究提供了坚实的物质基础。（2）研究了接触式机械密封在不同运行工况下时的金刚石涂层磨损声发射信号特性。首先通过对声发射频带能量与摩擦系数之间的相关性分析,发现磨损声发射的主要频率分布范围为0～200k Hz;然后分别从声发射信号的时域、频域和时频域对磨损声发射进行了进阶分析,发现转速和载荷的增加不会使磨损声发射主要频率成分发生偏移,磨损声发射能量的变化具有随机性和突发性,磨损声发射能量越高,声发射频谱能量分布越广。（3）研究了接触式机械密封试验台的噪声特性并提出了经验小波分解和相对熵（EWT-KLD）降噪方法。通过盘车试验和不安装密封环的空转试验分析了密封装置电气噪声及机械背景噪声的特性,发现电气噪声出现在710k Hz左右的超高频,而机械背景噪声在100～400k Hz之间会有不同程度分布,且随转速增加而增强。为了降低噪声对机械密封金刚石涂层磨损声发射信号的影响,计算了磨损信号与噪声信号被经验小波变换（EWT）分解后对应频带的相对熵（KLD）,通过累积和（CUSUM）算法计算KLD阈值来区分噪声频带和有用信号频带,用保留的有用信号重构信号完成降噪。最后,通过仿真数据和现场数据的验证,并与传统相关系数频带选取方法的对比,结果表明本文的EWT-KLD方法具有更好且更稳定的降噪性能。（4）对机械密封金刚石涂层连续磨损机理进行了研究,设计并进行了不同工况下机械密封连续运行试验,停机条件为磨损端面温度达到200℃,试验结果分析可知机械密封金刚石涂层的磨损过程符合典型磨损过程的一般规律,磨合阶段、稳定阶段和剧烈阶段的声发射信号区别明显。通过对声发射信号进行特征提取,分析了密封磨损过程的声发射特征变化趋势。研究了接触式机械密封金刚石涂层的三种摩擦状态,即水润滑流体摩擦、稳定干摩擦和剧烈干摩擦,并采用卷积神经网络（CNN）模型进行密封摩擦状态的识别,最后提出了三个反映机械密封磨损过程的指标,即剧烈摩擦状态持续时间（指标1）、单位时间剧烈干摩擦状态出现的时间占比（指标2）和相对初始状态ASL的累计增量（指标3）,完善了机械密封健康状态的定性与量化评估方法,采用4组不同工况下机械密封连续运行的实验数据验证了该健康评估方法的有效性。（5）基于理论研究的结果,设计了机械密封健康评估系统,并通过软件开发实现了设计的功能,完成了实用化分析,证实了本文理论研究的应用价值。