流(liú)體動密封課程體係改革探索與實踐(jiàn)

2019-03-27

張偉政 翟(zhái)霄 俞樹榮 丁雪興
(蘭州理工大學石油化工學院)
  【摘 要(yào)】針對過程(chéng)裝(zhuāng)備(bèi)與控製工程專業(yè)國家級(jí)特色專業建設及卓越工程師人才培養的要求,分(fèn)析了流(liú)體動密封課程體係在實際中存在的問題,提出流(liú)體動密封課程教學體係改革的思路與措(cuò)施,並進(jìn)行了探索(suǒ)與實踐,全麵(miàn)提(tí)高學生的工程實際應用能力,增(zēng)強了創新意識。
  【關鍵詞】密封;課程體係;項目教學法;改革;實踐
  在化工(gōng)企業中(zhōng),“跑(pǎo)、冒(mào)、滴、漏”現(xiàn)象(xiàng)經(jīng)常出(chū)現,究其原(yuán)因是泄露。流體密封是流體(tǐ)機械、工(gōng)藝設備、液壓設備、管(guǎn)道和閥(fá)門(mén)等的重要組成部分,密封件雖然不大,但往往能(néng)決定機器設備的安全性、可靠性和耐久性。尤其(qí)在化工機械(xiè)設備上,密封裝置是其不(bú)可缺少的組成部分。為了使機械、設備能更安全更可靠地連續運轉,必須重視發展密(mì)封技術和培養掌握密封技術的工程技術人才。結合我校過程裝備與控(kòng)製工程國家級特(tè)色專業的建設、卓越工程師的培養試點的需要,以及企業(yè)對密封人才的全方位素質的需求,對流體動密(mì)封課程進行一係列的(de)改革探索(suǒ)與實踐。
  流體密封是一門涉及多學科的邊(biān)緣性的工程技術學科,涉及許多學科(kē)知識,包括流體力學、固體(tǐ)力學、動(dòng)力學、摩擦學、熱力學、傳熱學、傳(chuán)質學、材(cái)料學等(děng)。過程裝備(bèi)密(mì)封(fēng)技術屬於(yú)過程(chéng)裝備與控製工程專業的專業課,是構建本專業特色方向的重要專業課之一。理論性和實踐性都很強,通過該課程的學習,使學生掌握(wò)流體密封的(de)基本機理,主(zhǔ)要密封裝置的基本結構和使用特點,以及(jí)典型密封結構的設計計算方法(fǎ),培養(yǎng)學生分析問題與解決問題的能力,為學生畢(bì)業後從事相關工作打下必要的基礎。
  一、存在的問題
  隨著專業口徑的拓寬、創新型人才培養模式的要求和社會需求(qiú)的變化,原有的課程教學(xué)、畢業設計存在許(xǔ)多不足(zú):
  1.理論課程(chéng)內容多學時少,特(tè)色體現不足缺乏前沿性;教學方法、教學形式相對單一;實驗(yàn)教學環節薄(báo)弱等
  密封是一門多學科交叉性邊緣學科,涉及的學(xué)科領域非常(cháng)廣,以機械密封或浮環密封為例,要解(jiě)決這些密封問題,就要考慮定子和轉子元件由(yóu)於(yú)受力和(hé)溫(wēn)度作用產生的變形以及振動(dòng)、磨損對流體(tǐ)膜的流體(tǐ)動力特性的影響,也就是說要從流體動力學(xué)、彈性理論、傳熱學、摩擦學和振動理(lǐ)論等方麵去(qù)研究分析密封的問題。而專業課課時一般是32學時,要在這麽短的時間內讓學生(shēng)熟(shú)悉和掌握密封的(de)基本理論,以及墊片密封、填料密封、機械密封、非接觸式密(mì)封等典型結構的選型和設計計算,還是有一定難度的。
  目前(qián)流體密(mì)封(fēng)技(jì)術課程教學還是采用“教師講(jiǎng),學生(shēng)聽”被(bèi)動的教學模(mó)式,把教師掌握的現(xiàn)成知識和技能傳遞給(gěi)學生,讓學生按照教師的(de)安(ān)排(pái)和講授去得到一個結果。這種比較單一的教學方式存在許多不足的地方,比(bǐ)如學(xué)生接受的信息量有限;隻能按照教師的安排和講授完成(chéng)部分內容,而沒(méi)有鍛煉獨(dú)立解決實際問(wèn)題;學生被動學習,對課程內容死記硬背以(yǐ)應付考試,自學內容(róng)和課堂討論(lùn)少;教學內容與生產實踐結合不足,不能很好地調動學生的積極(jí)性(xìng);達不到培養學生創新能力(lì)的教學目的等。
  實(shí)驗教(jiāo)學是保證本課程教學質量的基礎,是理論聯係實踐的橋梁(liáng)。本課程的實驗內容包括:墊片密封比(bǐ)壓(yā)測定實驗;閥門填料密封裝置(zhì)拆裝實驗;機械(xiè)密封裝置拆裝(zhuāng)實驗;機械密封過程模擬(nǐ)實驗(yàn)等。這些實驗都(dōu)是穿插在(zài)教學過程中進行的,大多是演示性、驗證性實驗,加上實驗設備數量少(shǎo),學生的動手機會不(bú)多。而且每個實驗涉及的僅是獨立的知識點,實驗完成後,學生對知識的掌握僅停留在這幾個孤立的知識點上,限製了(le)學生知識應用能力和(hé)創造性思維能力。
  2.密封畢業設計實踐環節中設計(jì)方法傳統;缺少相關軟件的訓(xùn)練以及密封產品實物,缺少實踐機會
  密封畢業(yè)設計通常是(shì)根據已給定的(de)工(gōng)況和要(yào)求,參照或模(mó)仿傳統的結構形式初選參數,根據經驗公式進行工作性能(néng)計(jì)算,若計算結果(guǒ)滿足要求則設(shè)計合格,反之則要不斷改進參數甚至是形式,反複(fù)計算(suàn),直至達到設計要求為止。然(rán)而,這種慣常采用的經驗設計結論,往往(wǎng)存在很多不足之處。現代科技不斷進步,技術革新的日新月異,傳(chuán)統的設計方法相比之下顯得過於陳(chén)舊,已經無法達到現如今的設(shè)計要求;此外,傳(chuán)統設(shè)計的設計結(jié)論簡單且大部分(fèn)多為經驗公(gōng)式,直接導致設計出的模型密封(fēng)性能較差,生產出的產品效率低,已經跟不上企業生產實際的需要。鑒於此,應用現(xiàn)代優(yōu)化(huà)設計方法刻不容緩。
  在畢業設計過程中缺少相關軟件的訓(xùn)練,如(rú)CFD軟件、Maple計(jì)算軟件等。而密(mì)封企業需(xū)要熟(shú)悉掌握此類軟件的人才,若在校期間(jiān)不訓練,工作之後需要長時間熟悉此類軟件,降低了(le)工作效率,增(zēng)加了企業的成本。由於(yú)甘(gān)肅地區(qū)無幹氣密封生產廠家,使得在本地區缺少畢業設計實習場所,設計過程中也無(wú)相應的密封產品實物,使得(dé)設計過程(chéng)中產生的問題,如對設計的產品結構有不清楚的地方(fāng),需要(yào)花時間去琢磨,若有實物則(zé)可(kě)立即解(jiě)決,在(zài)有限的畢業設(shè)計時間中,花費了不少時間去熟悉結構,對設計不利。
  二、課程體係改革與實踐
  針對以上(shàng)存在的問題,對流(liú)體動密封課程體係進行了改革,體現在以(yǐ)下方(fāng)麵:
  1.課程教學方麵
  (1)以課堂教(jiāo)學為載體,結合卓越工程師培養(yǎng)計劃的目(mù)標要求,更新課程內(nèi)容(róng)體係,改革教學(xué)內容,修訂課程大綱。把握重點知識內容,教學內容的選擇體現基礎性與前沿性相結合(hé)、重(chóng)視動密封同時兼顧靜密封。根據當前的形勢,注意收集用人單位的意見和建議(yì),了解企業對本課程教學(xué)內容的需要,強化教學內容的先(xiān)進性和應用性。在教(jiāo)學內容安排上,適當增加與密封技術(shù)發展相關的知識,及(jí)時(shí)傳授新知識,增加反映當前科技發展(zhǎn)成果的內容尤其是授課教師特色科(kē)研方向新型動密封幹氣密封內容,形成本課程新的教學內容體係,在新版的培養大綱中已體現。
  (2)改(gǎi)革教學方法(fǎ)、形式,運用項目教學理念,探索建立“研中學”、“做中學”的教學模式。改變單一、呆板的教學方法、形(xíng)式。在課程教(jiāo)學中以項目問題為導向,采取大作業、專題研究報告、文獻綜述報告、研究性實驗報告等多種載體相結(jié)合的教學方(fāng)式,增加學生的參與機會,變被動學習為主動學習,激發(fā)學生的學習熱情;授課內容產學研結合,教師將自己在科學研究項(xiàng)目中的經驗與成果融入教學。通(tōng)過工程實踐應用的(de)實例豐富教學內(nèi)容,體現課程的基本理(lǐ)論知識與工程實踐之(zhī)間的內(nèi)在聯係。培養學生從工程全局出發,綜合運用多(duō)學科知識(shí)、各(gè)種(zhǒng)技(jì)術和現代工程工(gōng)具(jù)解決工程(chéng)實際問題的綜合(hé)素質。例(lì)如,在講解非接觸式密封時,可結合項目組已結題、在研的多項幹氣密封國家自然基金(jīn)項目(mù)、教育部博士點基(jī)金項目等,啟發(fā)學生主動思考問(wèn)題並尋找解決(jué)辦法。學生在項目實(shí)踐過程中,理解(jiě)和把握課程要求的知識和技能(néng),培養分析問(wèn)題和解決問題的能力。通過這(zhè)樣的產學研結合的教育教學(xué),強化學生工程意識、工程素質和工程能力的學習和(hé)鍛煉,培養具有“卓(zhuó)越工程師(shī)”高素質的專業人才。同時改(gǎi)進教學手段,在製(zhì)作和(hé)完善課件時,針對性的準備一些與課程有關(guān)的錄像或仿真動畫,並結合密(mì)封產品開展現場(chǎng)教(jiāo)學,對於所謂晦澀(sè)難懂的內容變得輕(qīng)鬆、愉快、順暢的接受(shòu),同樣也收到事半功倍的效果。
  (3)加強(qiáng)與完(wán)善實驗教(jiāo)學。將演示型實驗改成設計型實驗,學生根據實驗指導書及課(kè)堂講授的內容,獨(dú)立製定實驗方案,然(rán)後與實驗教師溝通,給予學生更(gèng)多的動手機會。涉及(jí)到的實驗儀器設備由學生(shēng)自己操作,老(lǎo)師起輔助作用,其(qí)實驗成績由現場操作(zuò)成績(jì)與實驗報告相結合給出。打破老師操作(zuò)講(jiǎng)解學生被動(dòng)觀看的模式,給學生充分的自由和主動權,大大提高了學生學習知識的(de)主動性,鍛煉學生的實驗(yàn)技能和實踐能力,培養了學生的創新精神。
  2.畢業設計(jì)方麵
  畢(bì)業設計中,突破以(yǐ)往的傳統設計,將科研的思想應用到密封畢業設計(jì)中來。在畢業設計選題方(fāng)麵,專門增加了幹氣密封(fēng)設計,可以應用現代的(de)優化密封設計方法,針對槽型參數,建立(lì)合理的多目標協調優化函數,並應用軟件Maple進行近似求解,獲得(dé)設計參數所對應的Z佳的槽型結構參數。進一步(bù)以此槽型結構參數進(jìn)行密封結構設(shè)計(jì),Z後應用CFD軟件進行(háng)密封性能校(xiào)核。此舉大大(dà)加快了畢業設計的(de)進度,提高了效率,並且又(yòu)訓練了相關軟件,可謂一(yī)舉多得,對以後進行(háng)密封設計打下了堅實的基礎。
  針對畢業設計過程中(zhōng)無相應的(de)密封產品實物,兩種方式相結合可以解決。一是將科研所設計(jì)的密封(fēng)樣機直接用於畢業設計,增加了學生(shēng)拆裝實踐的機會,在(zài)11年的畢設中(zhōng)已應用,效(xiào)果良(liáng)好(hǎo),解決了甘(gān)肅地區無幹(gàn)氣(qì)密封(fēng)廠家實習的短板。二是讓學生去產學研(yán)合作單位(wèi)進行畢業實習及設計,在今年的畢業設計中已實現。
  通過對流體動密(mì)封(fēng)課程體係存在的問題的分析(xī),進一步提出(chū)了課程(chéng)體係(xì)改革的思路與措施,並進行了積極地探索與實踐,全麵(miàn)提高學生(shēng)的工程實際應用能力,增強了創新意識,取得了較好的效果,為培養合格的高素質工程人才做(zuò)出(chū)了積(jī)極的貢獻。
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來源:《都市家教(下半月)》
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