离心泵是一种流体输送设备,广泛应用于航空航天、石油化工、核电站等领域。机械密封作为阻止流体泄漏的核心部件,一旦机械密封发生损坏,会造成离心泵内部流体泄漏,导致离心泵工作效率下降,造成能源损耗的增加。当机械密封受损严重时,甚至会引发现场伤亡事故。因此,对离心泵的机械密封状态进行及时监测,是保证离心泵机组安全运行的关键。传统的监测方法需要安装传感器进而采集离心泵机械密封相关状态参数,例如振动信号、压力脉动和声波等。但传统监测方法存在传感器仪表成本高、安装对设备外部结构不友好、监测抗干扰能力差等许多不足之处。为了解决上述问题,本文提出基于无传感器技术的机械密封故障状态监测方法,利用时频域特征对驱动电机定子电流信号进行处理,实现对离心泵机械密封系统的状态监测与故障识别。这种方法具有对监测对象外部结构友好、性价比高、诊断结果可靠等特点,弥补了传统监测方法存在的不足。因此本文以离心泵机械密封为研究对象,采用理论分析、数值模拟和设计试验研究等方法进行研究,分析了无传感器技术实现对机械密封故障状态的监测机理,提出了无传感器技术对机械密封状态监测的方法,获得离心泵机械密封故障状态相对应的信号特征信息,建立了基于电机定子电流信号的诊断指标,最终实现了基于无传感器技术对离心泵机械密封的故障诊断。本文的主要创新点和研究内容如下:（1）针对离心泵中机械密封故障频发,且传统监测方法存在破坏泵体、抗干扰能力差的问题,本文提出了基于无传感器技术实现离心泵机械密封状态监测方法,对机械密封正常状态和故障状态进行理论分析,发现机械密封故障会破坏转子轴系动力学平衡,造成水力负载转矩发生波动。本文通过建立三相异步电机模型,发现水力负载转矩的波动信号能够将机械密封故障特征信息传递给驱动电机。因为机械密封故障特征频率会以边带形式呈现在电流频谱图中,进而影响电流信号。当机械密封故障程度增强时,负载转矩波动变化幅度变大,电机电流变化显著。（2）针对机械密封发生故障之后的动力学特性变化问题,本文通过建立机械密封三维模型进行数值模拟,主要针对不同程度端面挤压故障下的机械密封进行模拟研究,得到了不同故障程度下机械密封的动力学特性、液膜压力和密封性能参数大小。本文在Workbench中建立相应的转子轴系模型,借助有限元分析技术,将瞬态水力负载转矩激励加载到转子轴系叶轮一侧,得到了轴系中电机侧的转矩响应图。通过仿真模拟手段说明了转子轴系上的转矩能够对不同故障时的水力负载转矩做出响应,进一步证明了基于无传感器技术实现机械密封状态监测的可行性。（3）针对离心泵机械密封故障状态监测方法复杂,且目前机械密封故障监测方法适用性不强的问题,本文根据离心泵机械密封故障监测需求进行了试验方案设计,分别进行了不同故障程度下机械密封的离心泵外特性试验、空化特性试验、振动特性试验。通过以上试验分别测量离心泵在不同故障程度下机械密封的驱动电机定子电流信号和振动信号。通过分析机械密封故障对离心泵运行状态和空化特性的影响。试验表明,机械密封发生故障会导致离心泵扬程和效率下降,其中小流量工况Q=40m~3/h和大流量工况Q=60m~3/h下的离心泵扬程系数下降幅度最大。（4）针对现有电流信号分析方法难以识别机械密封故障程度的问题,本文基于无传感器技术实现离心泵机械密封状态监测机理,建立了基于定子电流信号对机械密封故障进行诊断的判别方法,选用定子电流均方根指标、脉冲因子指标和功率谱指标对离心泵机械密封不同程度故障进行识别。试验表明,当离心泵处于高效运行区域（Q=45m~3/h～Q=45m~3/h）时,电流脉冲因子指标能够有效识别机械密封的故障状态。电流均方根指标能够识别出机械密封发生故障时的特征,但是当离心泵处于小流量工况运行时电流均方根指标对区别较轻故障和严重故障状态的区分度不高。定子电流功率谱指标能够有效识别出机械密封的故障程度,按照电流信号特征频率幅值呈现出正常状态机械密封小于发生较轻故障机械密封小于发生严重故障机械密封的规律。