关于“汽轮机原理”课程实验教学改革探索

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论文摘要：按照更新教学设施、改进教学方法的思想，重新设计、加工并安装的汽轮机转子振动实验系统紧密结合实际汽轮机设备结构和运行特点，同时也采用了先进的测试设备和数据处理工具。在启动调试中运行稳定、数据可靠，可将教学与科研有机融合，充分体现了在实验教学中采用“新设备、新技术、新方法”，打造研究型实验教学的改革思路。

论文关键词：汽轮机；实验；新技术；改革

“汽轮机原理”课程是内蒙古工业大学热能与动力工程专业的主要专业课之一，于2009年申报了内蒙古工业大学精品课程建设，主要包括六个方面的内容：师资队伍建设；教学内容建设；教材建设；教学方法和教学手段建设；实验内容建设；网络资源建设。其中，实验内容建设作为课程建设重要的组成部分，既要满足课程教学计划及巩固教学内容的要求，又要满足当今电力工业快速发展，技术和设备不断更新的要求。本课程汽轮机设备在实际生产运行中最常见、最主要的故障是转子振动，机组振动测试包含振动测量和振动试验两个方面，只有将振动测量和振动试验紧密地结合，才能深入了解机组振动特征。本实验在现有振动测量手段和试验条件下，探讨了如何获取和分析振动信号、判断转子振动的类型，最终通过计算与实际操作，达到消除或降低转子振动的目的。因此，学生熟悉和掌握相关的振动测试技术及振动消除手段就成为本课程实验教学的首要任务。

一、本课程实验要积极打造研究型实验教学模式

教学方法的改革，首先是教学观念的转变。在电力技术和电力工业快速发展的今天，教授并要求学生掌握一定的相关的专业知识固然重要，但让学生掌握学习方法、开发创新能力更重要，正如“授之以鱼不如授之以渔”。目前，国内高校在不断扩大招生的压力下，大部分院校教学资源严重不足。其中，师资力量不足是一方面，很多教师的教学工作量可能达到基本工作量的两三倍甚至更高，这必将影响到教学效果，同时，主要精力疲于应对繁重的教学工作，就减弱了教学思想更新、教学手段技艺的提高；另一方面，教学硬件设施严重不足，包括实践教学设施。课程实验特别是一些专业课程实验，受到场地和实验设备台套数限制，面临的教学压力就更大了。同一个实验，指导教师要在几天时间内不断重复十几次甚至几十次，在这种情况下，实验教学难免照本宣科、留于形式。教师没有太多精力用于扩展实验内容，拓宽学生思路，引导和协助学生完成实验指导或实验教材以外的实验内容。学生做实验只是按照实验指导或实验教材给出的步骤、方法，验证教材内容中的原理和定律。在这种习惯性的思想指导下的实验教学，教师的主动性、创造性得不到发挥，学生创新能力的培养和发挥也不可能得到足够的重视，这显然已经不能满足社会对创新型人才的需求。改变现有的、不符合时代需求的实验教学模式，实现研究型实验教学是高校特别是工科院校必然的发展趋势。研究型实验教学注重学生主动性和探索性的发挥，改变学生完成任务了事的被动学习。研究型实验教学内容以课题研究或专业扩展、深化为主。采用开放式的实验过程，形成教学与科研的有机融合。通过研究型实验教学，提高学生从提出问题、分析问题到独立解决问题的能力，训练其研究和创新能力。

二、实现研究型实验教学需解决☁的硬件问题

设备陈旧，且实验设备与实际生产设备差别大。实验用测振转子多为单跨、刚性转子，而实际汽轮机组均为多跨、刚性连接的挠性转子；测试手段落后，测试数据单一，无法实现综合分析需求；数据处理落后，速度慢，数据再现性差，不适合现场应用。学生实验过程中对测试对象和测试设备的了解及使用、数据处理等，都已经不能满足实际生产的需要，教学设施、教学方法应与时俱进，根据科学技术和生产发展不断进行更新调整。因此我们提出在主要专业课程的实验教学中采用“新设备、新技术、新方法”的改革思路。为此，重新设计、加工了新的振动实验系统。转子系统紧密结合实际汽轮机设备结构和运行特点，同时也采用了先进的测试设备和数据处理工具，该系统具有故障诊断、信号分析、转子和轴系振动测试等功能，并具有良好的人机交互界面，兼顾了仪器与软件分析的优势，在汽轮机转子振动故障诊断课题研究方面发挥了重要作用。新实验系统结合了实际设备和实际的技术应用，很好的实现了教学与科研的有机融合，能进行汽轮机转子振动故障分析、诊断及相关课题研究。

三、实验模拟系统构成

四、测试、分析、数据处理系统

1.系统构成

系统由振动传感器、便携式振动监测仪和终端计算机等硬件及软件系统组成，采用涡流传感器、速度传感器以及加速度传感器检测振动，用光电键相传感器检测转速及键相信号。传感器传来的经过补偿的电压信号经过振动监测仪调理为符合标准的电压信号，并具有过流保护和键相整形等功能。监测仪设有线性电源和充电电池，允许在失电状态下工作两个小时左右。振动监测仪还设有1路键相信号采集板和16通道位移、速度传感器等。软件系统采用分层式树状结构，由以下几个专用程序组成：一是数据采集程序，按照设定（时长或变转速）完成测♂振仪振动数据的采集和储存，并可用于交互界面的实时显示或建立启停数据文件或实时分析数据来源；二是实时分析程序，对实时采集的数据进行轴心轨迹、时域波形图、频域波形图、数据表格及棒图等分析；三是历史分析程序，可对采集并存储后的数据进行再现并进行波特图、三维谱、频谱及细化分析、轴心轨迹、历史波形和趋势分析；四是动平衡计算程웃序，可将采集并存储后的数据作为动平衡计算依据，可进行直接试重平衡、谐分量平衡、直接影响系数查询平衡试重预测等计算；五是辅助功能和数据管理程序，用于对存储的数据建立参数设置数据表、波形数据表、机组启停数据表、连续采集数据表、动平衡影响系数数据表等。另外，还设有单独的连续采集程序，用于建立连续数据文件进行波形实时显示和动态频谱分析。各个功能形成独立模块，易于维护，条理清晰，并可保障数据的安全，。

2.系统的主要功能

五、系统启动测试

六、结束语

“汽轮机原理유”课程振动实验系统设计、加工、安装完成后，经启动测试中确认转子、轴承工作正常，转子对中良好，传感器信号正常，数据分析准确；利用影响系数法进行初步动平衡，效果良好。实验系统很好地结合了生产实际，对提高学生的实际动手能力起到很好的作用，将教学与科研有机融合在一起，对实现研究型实验教学奠定了良好的基础。