Рабочая программа учебной дисциплины "современные проблемы науки и производства в энергетическом машиностроении" Цикл

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕХАНИКИ (ЭнМИ)
___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 141100 Энергетическое машиностроение

Магистерская программа: Исследование и проектирование автоматизированных гидравлических и пневматических систем, машин и агрегатов

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ И ПРОИЗВОДСТВА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ МАШИНОСТРОЕНИИ"

Цикл:	профессиональный
Часть цикла:	Базовая часть
№ дисциплины по учебному плану:	ЭнМИ; М.2.1
Часов (всего) по учебному плану:	180
Трудоемкость в зачетных единицах:	5	2 семестр
Лекции	36 час (8 часов)	2 семестр
Практические занятия	18 час (4 часа)	2 семестр
Лабораторные работы
Расчетные задания, рефераты	18 часов самостоятельной работы (12 часов)	2 семестр
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего, в т.ч. интерактивные)	126 часов (28 часов)	2 семестр
Экзамен
Курсовой проект

Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является усвоение существующих актуальных проблем науки и техники в энергетическом машиностроении по соответствующему профилю подготовки магистра.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

самостоятельно принимать проектно-исследовательские решения в рамках своей профессиональной деятельности на базе сформулированных, развернуто обоснованных и раскрытых по существу современных проблем теоретических и прикладных наук и производства (ОК-7);
анализировать достигнутые результаты в предметной области дисциплины, публично выступать, аргументировано вести дискуссию и полемику на основе знаний фундаментальных и локальных законов преобразований и движений функций поля и вещества в предметной области энергетического машиностроения (ОК-12);

изучать и компетентно анализировать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт разработок гидромашин, гидро-, пневмоагрегатов и технических систем управления объектами энергомашиностроения с использованием освоенного математического формализма и компьютерно-информационного обеспечения для моделирования рабочих процессов в указанных устройствах (ОК-11, ПК-6);
принимать и обосновывать конкретные технические решения при создании объектами энергетического машиностроения по профилю подготовки (ПК-10);
вести исследовательскую и проектную деятельность, а также эффективно использовать информацию о новых методах анализа и синтеза оптимизированных систем и объектов энергомашиностроения в предметной области подготовки (ПК-1, ПК-17, ПК-28).

Задачами дисциплины являются:

обеспечение необходимых и достаточных педагогических, системно-методических и материальных условий для успешного освоения обучающимися фундаментальных и прикладных разделов дисциплины (ПК-2);
формирование возможности профессионального владения выпускниками причинно следственными аспектами не решенных частично, либо принципиально до настоящего времени проблем науки и техники, а также перспективных результатов в предметной области энергетического машиностроения (ПК-10, ПК-14);
достижение у обучающихся способности самостоятельной разработки конкурентоспособных энергетических объектов по профилю подготовки (ОК-7, ПК-9).

Процесс изучения дисциплины направлен на выполнение указанных задач и, как следствие, выполнение выставленных целей.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к базовой части основной образовательной программы подготовки магистров по профилю "Автоматизированные гидравлические и пневматические системы машины и агрегаты" направления 141100 Энергетическое машиностроение.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Физика», «Высшая математика», «Теоретическая механика», «Механика жидкости и газа», «Управление техническими системами», «Объемные гидромашины», «Лопастные насосы», «Гидравлические турбины», «Технология гидромашиностроения», «Гидравлические приводы и системы автоматики», «Пневматические системы и устройства», «Насосное оборудование тепловых и атомных станций», а также при освоении последующих программ магистерской подготовки, при выполнении магистерской выпускной квалификационной работы.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны:

Знать:

основные источники научно-технической информации в предметной области дисциплины (ОК-7, ПК-6);
основополагающие сведения существо системно-креативного подхода к исследованию и проектированию объектов и систем энергомашиностроения по профилю подготовки (ОК-7);
фундаментальные и локальные законы преобразований и движений поля и вещества в системах, машинах и агрегатах в соответствующей предметной области работы выпускника (ОК-12);
основы математического формализма и компьютерно-информационного обеспечения моделирования динамических процессов в объектах по профилю подготовки (ПК-6);
существо предполагаемых инновационных решений для гидро-, пневмосистем, гидравлических машин и гидро-, пневмоагрегатов в рамках предметной области работы выпускника (ПК-17, ПК-28);

Уметь:

разрабатывать в принципиальных аспектах физическую и математическую модель динамики технических систем, машин и агрегатов для энергетических блоков (ПК-25);
корректно поставить для последующей компьютерной реализации исследовательские задачи в предметной области производственной деятельности выпускника (ПК-10);
разрабатывать процедуры структурно-параметрической оптимизации объектов проектирования по показателям назначения, надежности и энергоэффективности (ПК-6).

Владеть практическими навыками:

использования предметной терминологии, поиска информации, ведения дискуссии по профессиональной тематике (ОК-2, ОК-12, ПК-6);
расчетно-теоретического анализа динамического состояния объектов и предметных систем энергетического машиностроения с установлением их энергообеспеченности, устойчивости, выполнения целевых функций и показателей качества (ПК-6);
основами инженерной оптимизации по определяющим показателям целевых функций и функционалов качества автоматизированных гидро-, пневмосистем гидромашин и гидро-, пневмоагрегатов (ПК-10).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 40 часов.

№ п/п	Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации	Всего часов на раздел	Семестр	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)				Формы текущего контроля успеваемости (по разделам)
№ п/п	Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации	Всего часов на раздел	Семестр	лк	пр	лаб	сам.	Формы текущего контроля успеваемости (по разделам)
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Общие сведения об актуальных проблемах науки и техники энергетического машиностроения по профилю подготовки	4	2	2			2	Тесты: системно-креативный подход при исследовании и проектировании предлагаемых энергетических объектов и подсистем; цели и задачи; терминология
2	Достигнутый уровень совершенства и не решенные проблемы силового оборудования ГЭС и рабочем процессе гидротурбины	10	2	2	2		6	Выполнение расчетного задания. Контрольный опрос.
3	Энергетические насосы – проблемы и направления их решения	10	2	2			8	Выполнение расчетного задания. Контрольный опрос.
4	Современные научные и прикладные проблемы в области объемных гидромашин, гидро-, пневмосистем и агрегатов	14	2	2	2		10	Завершение выполнения и защита расчетного задания
	Зачет	2	2				2	Устный
	Экзамен
	Итого:	40	2	8	4		28

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

1. Общие сведения об актуальных проблемах науки и техники энергетического машиностроения по профилю подготовки.

Надежность и долговечность, экологическая безопасность и энергоэффективность по целевым функциям и функционалам качества как определяющие показатели совершенства объектов энергетического, в т.ч. гидроэнергетического, машиностроения (ЭМ), оборудования, а также гидро-, пневмосистем их управления. Риски, возможные дефекты и отказы: локальные и глобальные, прогрессирующие непрерывно и скачкообразно. Связь с теориями эволюционного, либо синергетического развития, с теорией катастроф. Корреляция задач повышения технико-эксплуатационных свойств с проблемами механики и термодинамики вещества в различных агрегатных состояниях конструкторско-технологическими и эколого-экономическими решениями. Близкий и дальний порядок реальных сред. Модель Френкеля жидкого состояния. Хаос. Порядок из хаоса. Сенергетические представления. Виды энергии. Фундаментальные и локальные законы механики взаимодействия вещества и поля. Континуум, понятие сплошности и не решенные проблемы для сред в различных разовых состояниях. Явления ползучести и текучести. Геология-наука о текучести жидкой среды. Физико-математическое моделирование динамики текучих сред. Тензоры напряжений, деформаций и скорости деформаций Феноменологичность и нелинейность уравнений механики жидкости и газа. Турбулентный переход. Проблемы описания турбулентных течений.

2. ГЭС – источник возобновляемой энергии. Мини-, мидл-, макро-ГЭС. Основное энергетическое оборудование – достигнутый уровень совершенства выработки установленной мощности на ГЭС. Проблемы достижения практически абсолютной надежности, экобезопасности, дальнейшего приближения к пределу по энергоэффективности. Реализованные полностью, либо частично принципиально новые и продуктивные проектно-конструкторские и технологические решения для силового оборудования ГЭС, включая электро-гидросистемы их регулирования. Перспективные инновационные предложения: симметрические СГЭС с расположением станционного узла по направлению основного течения. Центрально-симметричные гидротурбинные блоки (ГТБ), их преимущества перед ГТБ традиционного исполнения; радиально-осевые гидротурбины (ГТ) двойного регулирования; вращаемый обтекатель для устранения критических амплитуд вибро-акустических колебаний ротора ГТ; трек-турбины прямого использования кинетической энергии текучих сред.

3. Современное состояние и сохраняющиеся отдельные научные и эксплуатационные проблемы рабочих процессов в комплексах основного насосного оборудования (ОНО) ТЭС и АЭС. Важнейшие показатели работоспособности и качества ОНО: динамическая прочность и жесткость роторов и конструкции насосов в целом; минимизированные радиальные и особо – осевые силы, сбалансированность теплового поля и соответствующих термонапряжений; создание условий бескавитационной работы ОНО; приближенные к совершенству гидродинамические свойства проточных частей и рабочих органов, а также конструкций уплотнительных и упорно-опорных узлов. Определяющие источники негативного влияния на уровень надежности и энергоэффективности питательных, бустерных, конденсатных и циркуляционных насосов. Предлагаемые перспективные инновационные решения: супермощные питательные насосы (40-45 МВт для энергоблоков единичной мощности не менее 1 ГВт) с параллельной и последовательной по подаче компенсацией осевых сил, бустерные центробежные и осевые полирядные насосы типа D и D² с конструктивным решением по схеме «картридж – внешний корпус».

4. Достигнутые уровни показателей надежности, ресурса, экологичности, удельной энергоемкости, массогабаритных и др. качеств для гидро-, пневмосистем (ГПС), объемных насосов и гидродвигателей, а также агрегатов в стационарных и мобильных приводных системах автоматического управления энергетическими объектами. Проблемы дальнейшего совершенствования регулирования для комбинированных ГПС по показателям целевых функций и определяющих качеств. Применение физических оснований и математического аппарата теории управления техническими системами и методологии компьютерного эксперимента. Задачи оптимизации коэффициента усиления прямой цепи, диапазона регулирования скорости выходного динамического звена, мощности, коэффициента полезного использования энергии приводящего двигателя, числа каскадов усиления, устройств резервирования энергии и подсистем дублирования информационных и исполнительных каналов управления. Структурно-параметрические, конструктивно-технологические и эксплуатационные решения оптимизации рабочего процесса объемных гидро, пневмомашин и агрегатов, ГПС в целом. Инженерная оптимизация ГПС по точности, быстродействию и запасам устойчивости в линейной и нелинейной постановках. Применение материалов и опорно-уплотнительных узлов с усовершенствованными свойствами по показателям назначения и функциональных качеств, объемно-дроссельного и частотного регулирования с оптимизированными выходными параметрами в реально существующем диапазоне изменения внутренних и внешних возмущающих воздействий.

4.2.2. Практические занятия

1. Установление и ранжирование проблем науки и техники в энергетическом машиностроении по профилю подготовки выпускника.

2. Анализ инновационных решений в предметной области основного гидросилового оборудования ГЭС и пионерских решений для проточных частей гидротурбин.

3. Проблемы повышения эксплуатационных показателей лопастных насосов энергоустановок ТЭС и АЭС, с оценками степени возможностью улучшения показателей из назначения и качества в новых проектных решениях.

4. Формирование проблемных задач для дальнейшего совершенствования конструкций объемных гидромашин и структурно-параметрических решений для гидро-, пневмосистем и отдельных агрегатов.

4.3. Лабораторные работы

Лабораторные занятия учебным планом не предусмотрены.

4.4. Расчетные задания

Определение перечня научных и технических проблемных вопросов и установление прогноза их решения на концептуальном уровне применением инновационных разработок для объектов, либо систем согласно теме выпускной работы магистранта.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

Курсовой проект и курсовая работа учебным планом не предусмотрены..

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций, рисунков, в том числе на электронных носителях. Студентам выдаются раздаточные материалы и методические указания к освоению наиболее сложных разделов дисциплины в традиционном и в электронном видах.

Практические занятия кроме традиционных форм проведения включают современные информационные технологии, используются проблемно-ориентированные программные пакеты в средах MathCAD Pius 6.0, Mathematica, MathLab (Simulink). Демонстрируются инновационные проектно-исследовательские разработки для решения проблемных вопросов в предметной области энергетического машиностроения и согласно профилю подготовки магистранта.

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам, анализ практических проблемных вопросов науки техники по профилю обучения магистранта, подготовку к выполнению расчетного задания и их защитам, подготовку к зачету по дисциплине.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются тесты, устный контрольный опрос, защита расчетного задания, защита каждой практической проблемной задачи.

Аттестация по дисциплине – зачет. Оценка за зачет определяется как среднеарифметическая оценка защиты практических проблемных задач, расчетного задания.

Оценка за освоение дисциплины, выносимая в приложение к диплому, определяется как оценка за экзамен.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. –М.: Наука, 1978.
Алексеев А.А. и др. Теория управления. –СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 1999.
Ковалев Н.Н., Квятковский В.С. Гидротурбиностроение в СССР. –М.-Л.: Госэнергоиздат, 1957.
Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. –М.-Л.: Машиностроение, 1966.
Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. –М.: Машиностроение, 1974.
Фомичев В.М. Проектирование электрогидравлических усилителей следящих приводов: Изд-во МГТУ, 2009.

б) дополнительная литература:

1. Физический энциклопедический словарь. –М.: Советская Энциклопедия, т.I, II, 1960-1966.

2. Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. –Учебн. пособие для вузов. –М.: Наука, 1989. – 304 с.

3. Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. –Учебн. пособие для вузов. –М.: Наука, 1988.

4. Френкель Я.И. Курс теоретической механики.-Л.–М.: Гостехиздат, 1940.

5. Лурье А.И. Теория упругости. –М.: Наука, 1970.

6. Климонтович Ю.Л. Турбулентное движение и структура хаоса. –М.: Наука, 1990.

7. Фишер И.З. Статическая теория жидкостей. –М.: Гос. изд-во физ-мат.лит., 1961.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы.

Используются не нарушающие лицензионные условия проблемно-ориентированные программные продукты МОДОС-М, MATCAD, MATLAB, ссылка скрыта, htpp://3v-services.com/ru/, ссылка скрыта;

б) другие

Для углубленного усвоения отдельных частей дисциплины могут выборочно использоваться программные продукты ANSIS, FLOW VISION.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения наиболее качественного освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов, слайдов. Для проведения практических занятий должны использоваться демонстрационные образцы электрогидравлических устройств с динамическими звеньями из предметной области специальности с необходимым приборным оборудованием и компьютерно-информационным обеспечением в виде предметно-ориентированных программ исследования и синтеза гидроэнергетических машин, агрегатов, автоматизированных гидро-, пневмосистем.

При чтении лекций и проведении практических занятий используются наглядные макеты характерных элементов гидрофицированных объектов и систем. Инновационные разработки для гидравлических машин и устройств.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 141100 «Энергетическое машиностроение» и магистерской программы "Исследование и проектирование автоматизированных гидравлических и пневматических систем, машин и агрегатов".

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

д.т.н., профессор Моргунов Г.М.

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой Гидромеханики и гидравлических машин

к.т.н., доцент Грибков А.М.

Blog

Рабочая программа учебной дисциплины "современные проблемы науки и производства в энергетическом машиностроении" Цикл

Содержание

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ