应用型“汽轮机”课程体系建设的探讨

摘要：建设应用型“汽轮机”课程是培养热动专业应用型人才的重要环节。本文分析了汽轮机技术的发展，指出了“汽轮机”课程内容改革的方法，探讨了环境保护及新能源发电技术对应用型“汽轮机”课程体系改革的要求。针对“汽轮机”课程的特点，提出了加强汽轮机实验室建设、重视课程设计和毕业设计对学生能力的培养、采用多种教学手段建设应用型“汽轮机”课程体系的具体措施。

关键词：汽轮机；热动专业；课程体系

作者简介：葛晓霞（1962-），女，安徽宣城人，南京工程学院能源与动力工程学院，教授。（江苏 南京 211167）

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2011）01- 0090-02

新中国成立之后的半个世纪中，我国的电力工业迅速发展，特别是自1995年以来，我国电力工业保持了较快的发展速度，企业规模有所扩大，效率有所提高。从1995年到2003年，我国发电量年均增长8.34%。其中火电年均增长8.84%，水电年均增长5.10%，火电比水电高出3.74个百分点；核电年均增长12.34%，是发展最快的电力品种。到1998年全国装机容量已跃居世界第2位。我国富裕小康社会用电指标标准：年人均装机容量为0.35千瓦；年人均用电量为2650千瓦时。目前，我国年人均用电量不足1000千瓦时，离这一目标还有很大距离。美国、加拿大的年人均用电量达1万千瓦时以上，我国和世界上技术水平先进的国家相比更是存在着巨大的差距。因此我国的电力工业仍将保持高速发展的势头。

电力工业是一个技术密集型行业，其发展是以电力技术的发展为基础的，电力工业的飞速发展需要大量的高级应用型技术人才。目前，在我国的电力工业中火力发电占70%以上。因此，需要培养大量电厂热动专业方面的技术人才。

汽轮机是火力发电厂及核电站的主要设备之一，“汽轮机”课程是电厂热能动力专业的一门主干课程，为了适应培养应用型工程技术人才的要求，应根据电力行业和汽轮机技术发展的特点建立“汽轮机”课程体系。

“汽轮机”课程是一门比较特殊的学科综合性很强的课程，从大的框架看，它由汽轮机工作原理、汽轮机结构与振动、汽轮机的调节和汽轮机的运行几部分组成。它们分别涉及工程热力学、气体动力学、理论力学、材料力学、金属材料、振动理论、液压系统、控制理论、传热学、热强度等多种学科的理论知识，各部分内容间有一定的联系，但相对独立性明显，如果仅靠课堂教学，缺乏形象、直观和与工程实际接近的教学手段。必须根据课程的特点，有针对性地设计出各种形式的实践性教学环节与之配套，将“汽轮机”课程建设成能体现应用性、前沿性的一个课程体系。

一、发电技术的发展与“汽轮机”课程改革

节能环保是我国的一项重要国策，因此，新能源发电技术的应用不断增加，汽轮机技术也在持续发展，这些对“汽轮机”课程内容和体系都提出了新要求，下面分别讨论。

1.汽轮机技术的发展与“汽轮机”课程内容的改革

近年来，随着科技的进步，世界各主要发电设备制造厂商采取了提高蒸汽参数；采用新叶型和末级长叶片；改进给水再热系统，提高最终锅炉给水温度；降低锅炉排烟温度；降低凝汽器压力；减少电站辅机耗功，减少厂用电等措施，使超临界火电机组的净效率有了很大提高。亚临界火电机组的电站效率为37％～38％，蒸汽参数为25MPa／538℃／560℃，超临界火电机组的电站效率为42％左右，蒸汽参数为28M～30MPa／580～600℃／580～600℃。为了紧跟世界先进水平，我国引进了最先进的超临界火电机组技术以提高燃料的利用率，改善环境保护和增加电站效益。为了提高机组的负荷适应性，汽轮机在结构上比过去也有多处改进，[1]以上内容必须充实到汽轮机教学内容中。

新投运的大功率汽轮机均采用数字电液调节系统，[2]为了使学生能更好地适应技术发展的需要，我们增设了选修课“汽轮机数字电液控制系统”。

2.环保对“汽轮机”课程体系改革的要求

环境污染是工业飞速发展带来的科学技术问题，也是一个严重的社会问题。我国早期的电力工业发展策略中对该问题重视不够，使经济发达的东南沿海存在着严重的工业污染问题。该问题已经导致了许多社会问题，如对人的生活质量影响，对农业生产、与邻国关系的影响等等。煤、油的燃烧排放物是环境、空气的主要污染源之一。[3]其中燃气燃烧的排放物最少。而且燃气轮机组启、停快，运行灵活性好，适宜两班制运行；运行可靠性高，可用率高达85％～95％。所以提高燃气轮机在总装机容量中的比重，将会改善电网的运行状况。一方面为电网提供了更加灵活的备用电源，增大了调峰的灵活性，另一方面改善了电网的安全性。西方发达国家的经验表明，从安全和调峰的目的出发，在电网中应配置功率份额为8％～12％的燃气轮机发电机组。我国东部沿海地区能源匮乏，应结合西气东输工程，改造传统的火力发电企业，发展以气代煤技术，在有条件的东部地区，利用天然气等优质能源发电。为了适应燃气轮机发电技术快速发展的形势，我们增开了“燃气轮机”选修课。

3.新能源发电技术对“汽轮机”课程体系的影响

我国对国际石油市场的过度依赖对我国的能源安全极为不利。国家要从宏观上、微观上为未来新能源在我国电力工业构成中占有一席之地创造有利条件，结合我国实际制定可再生能源利用的政策法规，推动产业发展。根据我国未来可持续发展战略的要求，国家应充分重视可再生能源的发电利用。[4]可再生能源包括水电、太阳能、风能、地热能、海洋能等。这些新型发电技术在21世纪初、中期将趋于商业化，也将成为21世纪发电行业进程中不可忽视的一些新技术。核电站在我国东部沿海地区也有一定规模的发展，因此在“汽轮机”课程体系中拟开设“新能源发电技术”选修课，开拓学生视野，更好地适应社会的需求。

二、应用型电厂“汽轮机”课程体系的建设手段

以上分析表明，为了适应发电技术的发展，应用型“汽轮机”课程体系的建设应逐步设置内容能体现前沿性的实用选修课。此外，由于电厂“汽轮机”课程中各部分内容存在着很大差异，因而针对这些教学内容所需要的实践性环节的形式和内涵也就不尽相同，必须从实际出发，根据需要设置多种形式的实践性教学环节。[5]下面介绍提高实践性教学环节效果的一些具体措施。

1.加强汽轮机实验室建设

实验是工科院校实践性教学环节的最主要的形式，但对于汽轮机来说，由于它价格昂贵，设备庞大，工作条件复杂，即使做它的一个部套的实验也投资巨大，故历来这门课的实验是个棘手的问题。通过调研和分析，认为面向电力事业的发展，汽轮机实验室建设应该有大的突破，否则学生在学校时不能获得工程气氛条件下汽轮机应用技术的必要训练。为此，我们选择汽轮机结构问题中现场经常遇到的临界转速和油膜振荡问题，以及汽轮机调节中最基本的静态特性测定问题作为实验室建设的主要项目。目前已建成并投入使用多年的有多功能模拟转子实验台、叶片测频实验台、低速动平衡实验台、汽轮机调节保安系统特性实验台。在这些实验台上可以开出汽轮机转子临界转速、转子油膜振荡、叶片测频、转子高速动平衡和低速动平衡，以及汽轮机液压调节系统静特性和超速保护等实验，大大强化了南京工程学院热动专业学生工程应用能力的培养手段。

2.重视课程设计和毕业设计对学生能力的培养

“汽轮机”课程的课程设计安排在汽轮机工作原理讲完之后进行。课程设计的目的是进一步巩固和深化所学汽轮机理论知识，培养工程设计、计算和应用的能力，它对培养学生严谨的工作作风十分有益，是其他教学手段不可替代的。目前，课程设计选题为凝汽式、背压式、驱动给水泵汽轮机的热力设计，该类题目使学生巩固了在“汽轮机”课程中已学到的理论知识，掌握了汽轮机热力设计的原则、方法和一般步骤，熟悉汽轮机工业设计的主要标准和手册等设计资料的使用。

毕业设计的内容紧密围绕热动专业应用型人才的培养目标及方向，以培养学生独立分析问题和解决实际问题能力为原则，注重工程实验和专业知识的综合应用。毕业设计的选题多是针对电厂运行中存在的实际问题或电厂委托课题而拟定的，具有较高应用价值，设计内容体现了理论与生产实际相结合。

3.采用多种教学手段

在课程建设中加强实践性教学环节的另一个重要手段就是充分利用计算机辅助教学。目前已经研制出调节系统计算机辅助教学软件，利用该软件，学生可方便掌握调节系统的工作原理和过程。

汽轮机的结构比较复杂，空间概念抽象，不少学生难以想象。我们使用教师研制的火电厂生产过程CAI软件进行教学，学生们可以从容不迫、自主地在计算机前领会和掌握知识，加深对概念和结构的理解。

此外，在课程开始阶段，我们组织学生观看录像、参观模型室，还组织学生到汽轮机厂参观，增强学生的感性认识，调动学生对本课程的兴趣。当课程快结束时，邀请本校的客座教授或现场专家到校做专题讲座，学生们不仅能得到许多活的知识，还能拓宽视野获得有价值的新信息。

三、结束语

目前，电力工业处于快速发展时期，电能的生产除了要求经济和安全外，更加突出了可持续发展和环保生产的要求。电力工业的发展对发电技术和技术人才也提出了更高的要求。为了培养适应电力工业快速发展要求的热动专业人才，热动专业的相关课程必须在教学内容和教学方法上进行改革。对热动专业学生的重要课程——“汽轮机”的教学内容和手段进行改革，使学生不仅掌握汽轮机工作的基本原理，同时也学到结合现场实际的工程知识，还学到汽轮机方面最先进的技术内容，这为学生毕业后尽快胜任工作创造了有利条件。

参考文献：

[1]张素心,杨其国,王为民.我国汽轮机行业的发展与展望[J].热力透平,2003,(1).

[2]葛晓霞,缪国钧.汽轮机液压调节系统与数字电液控制系统的分析比较[J].汽轮机技术,2000,(1).

[3]陆燕荪.发电设备和输变电设备制造业“十一五”发展重点及2020年的展望[J].动力工程,2003,(5).

[4]林汝谋,等.新一代能源动力系统的研究方向与进展[J].动力工程,2003,(3).

[5]盛群力,褚献华.现代教学设计应用模式[M].杭州:浙江教育出版社,2002.

（责任编辑：麻剑飞）

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