为研究水轮机空化状态下声发射信号的特征及其演变规律,提出了基于改进经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)与关联维数的水轮机空化声发射信号特征提取方法。采用镜像延拓与可变余弦窗函数相结合的方法对传统EMD进行改进。将改进EMD方法应用于混流式水轮机模型空化状态下的声发射信号分析中,分别采用自相关法和假近邻法计算声发射信号各阶固有模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF)分量的时间延迟参数和最佳嵌入维数,采用G-P算法提取各阶IMF的关联维数,分析关联维数随水轮机空化系数的变化关系。结果表明:随着空化状态从无空化、初生空化到临界空化,声发射信号的各阶IMF关联维数逐渐增大,直接反映了水轮机空化从无到有,从弱到强,水流流态更加复杂和紊乱的过程。