48. 东方电气集团东方电机有限公司、东方电气长三角（杭州）创新研究院有限公司——“水轮发电机组过流水质泥沙特性在线监测技术研究”比赛方案.docxVIP

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题目48：

“水轮发电机组过流水质泥沙特性在线监测技术研究”比赛方案

【东方电气集团东方电机有限公司、东方电气长三角（杭州）创新研究院有限公司】

组织单位

东方电气集团东方电机有限公司、东方电气长三角（杭州）创新研究院有限公司

题目名称

水轮发电机组过流水质泥沙特性在线监测技术研究

题目介绍

我国水能资源可开发装机容量越6.6亿千瓦，在西南地区的可开发装机容量约为4.5亿千瓦，占全国的68%，开发潜力巨大，其中高水头水力资源蕴藏丰富。但是目前其开发程度极低，仅为技术可开发量的1%左右。其面临的重要挑战主要是水头落差极大，泥沙含量高。

这种高水头大容量河流中不可避免地将混入泥沙颗粒，对水轮发电机组过流表面造成磨损破坏，增加了过流部件结构表面的粗糙度，降低了机组的性能。在机组效率性能方面，泥沙磨损效应会增加机械部件的间隙，增加容积损失，在泥沙磨损和气蚀的联合作用下，过流部件表面形状发生了改变，叶轮型线遭到改变，使其做工效率下降；在机组运行方面，泥沙磨损造成的材料破坏会导致过流部件破坏失效，严重时使其机组产生强烈振动和噪音，直接影响了水轮机的安全稳定性和服役寿命。中国水力发电工程学会发布的数据表明，水轮机磨蚀破坏会导致水轮机效率降低5%~10%，使用寿命缩短10%~20%。据国际水电协会统计，全球水电站每年因磨蚀造成的经济损失超过100亿美元。

通常，水轮发电机组过流水质泥沙特性对于机组的磨损特性影响较大，泥沙浓度、泥沙颗粒级配、泥沙硬度以及泥沙形状等都影响着水轮发电机组过流部件的磨损特性。目前，水体泥沙测量通常采用烘干法、过滤法等人工取样分析方法，对上游水体进行测量。但该方法具有明显的时滞，不能准确反映流域泥沙浓度的变化情况。同时，该方法无法真实反映对水轮机本体结构中水体泥沙情况，对机组磨损评估而言作用有限。而由于水轮机本体结构中水压高、流速快，且运行安全性要求极高，难以开展水轮机腔室内部的水体泥沙测量。总体而言，水轮机过流水体泥沙测量是国际上的普遍性难题，亟需一种有效的水体泥沙原位实时测量方法。因此水轮发电机组过流水质泥沙特性的在线监测至关重要，它是水电站发电调度、机组故障预测的重要依据。

请按照包含以下内容的技术路线来设制“水轮发电机组过流水质泥沙特性在线监测技术研究”技术方案：

取样位置的确定。从水库上游、引水压力钢管、蜗壳门、尾水门、下库等其它可选择位置，选取一个或多个取样位置，同时应考虑不同类型机组（混流、抽蓄、冲击式）的通用性问题；调研泥沙沿水库深度方向的分布规律，比较库区取样和机组过流取样的差异。

取样设备安装的可行性。方案在设计时应考虑取样点处的流量、压力、流速等信息，确保取样的科学性和在线监测硬件系统的可靠性，尽量减少对机组设备的加工改动，同时不能对机组正常运行造成影响，不能产生安全隐患。

监测的频率与方式。需要确定测量是在动水或静水中进行、要求的水量大小、完成一次测量计算所需时间、所需的监测频率等信息。

具体监测指标。需确定在线监测指标（泥沙含量、径粒分布等）与线下监测指标（矿物种类、形状等）的具体划分，以及线下监测指标的实现方式。

确定取样的合理时间，综合考虑丰水期、枯水期、库容大小、机组运行初期等影响因素。

参赛对象

2024年6月1日以前正式注册的全日制非成人教育的各类高等院校在校专科生、本科生、硕士研究生（不含在职研究生）均可申报作品参赛，以个人或团队形式参赛均可，每个团队不超过10人（含作品申报者），每件作品可由不超过3名教师指导完成。可以跨专业、跨校、跨地域组队。

本校硕博连读生（直博生）若在2024年6月1日以前未通过博士资格考试的，可以按研究生学历申报作品。没有实行资格考试制度的学校，前两年可以按硕士学历申报作品。本硕博连读生，按照四年、两年分别对应本、硕申报，后续则不可申报。

毕业设计和课程设计（论文）、学年论文和学位论文、国际竞赛中获奖的作品、获国家级奖励成果（含本竞赛主办单位参与举办的其他全国性竞赛的获奖作品）等均不在申报范围之列。

每件作品仅可由1所高校推报，高校在推报前要对参赛团队成员及作品进行相关资格审查。

每所学校选送参加专项赛的作品数量不设限制，但同一作品不得同时参加第十九届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛主体赛事自然科学类学术论文、哲学社会科学类调查报告、科技发明制作作品评比。

答题要求

根据选题情况作品主要涵盖以下要求：

提出一种水轮发电机组过流水质泥沙特性的在线监测技术方案；

提交技术方案书，包括技术原理、实现形式、工程样机设计方案等内容；

根据大赛整体时间安排并结合科研攻关的科学规律，8月5日前，各参赛团队提交作品；

作品评选标准

基本要求

技术原理分析清晰，实现形式合理有据；

该设计方案应具备良好的可行性；

技术方案书、PP