“泵與風機”課程教學研究與探索

摘要：根據“泵與風機”課程的特點，結合該課程的教學實踐，對該課程的教學難點進行分析，有針對性地提出教學方法和建議。希望通過該課程教學，提高學生專業素養，加深對本專業知識的系統認識。

關鍵詞：泵與風機；教學研究；教學實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）35-0115-02“泵與風機”是熱力發電廠中重要的動力設備，與火力發電廠生產實際緊密結合的專業課程，是熱能與動力工程專業的一門必修專業基礎課。通過本課程的學習，使學生掌握泵與風機的基本結構、原理、性能、調節和運行等方面的知識；掌握解決工程實際問題的計算技能和泵與風機的實驗技術；為學生從事泵與風機有關的運行、檢修、安裝工作奠定基礎[1]。

根據我國“十五”規劃教材對工程類應用型本科院校教材的要求，該課程針對熱能與動力工程專業學生的教學課時已經縮短到40學時，而且包括4個學時的實驗。鑒于授課內容多、學時少、學生學習難度大、綜合性強的特點，本文分析該課程的教學難點，希望對提高該課程的授課效果有所裨益。

一、教學體系構建與難點分析

首先精選教學內容，這就要求授課教師結合教學大綱要求，一方面照顧知識面的廣度，另一方面要注重基本概念和基本原理的深度。該課程內容以大容量、高參數機組，主要以600MW及以上的火力發電廠主力機組配套的泵與風機為主，同時，兼顧300MW火力發電廠主力機組配套的泵與風機。授課時盡可能反映國內外泵與風機的先進的科學技術、新成果。“泵與風機”的重點和難點是離心式泵與風機的葉輪理論、泵與風機性能曲線、相似理論在泵與風機應用部分、泵的汽蝕等部分，教學授課計劃中應該相應增加學時數量。

該課程涉及以前所學的各門專業課程較多，如工程制圖、機械設計基礎、工程力學、工程熱力學、工程流體力學、材料力學、金屬材料學、熱工過程自動調節等。在講授時幫助學生復習和回憶已學專業知識，比如“泵與風機”課程是“流體力學”課程的具體應用，離不開“流體力學” 課程的相關知識，教師幫助學生復習和回憶已學流體、流場、流線、流管、跡線、能量方程、柏努利方程等相關的內容。與學生的互動中即可了解學生對以前所學知識的掌握程度，授課時應相對靈活，否則沒有相對堅實的專業基礎，要掌握該課程的內容也很困難。

二、知識點的聯系與鞏固

“泵與風機”是動力設備和動力機械，同時泵與風機也是旋轉機械，屬機械范疇，在多媒體課件中加入圖紙文件，同學們在先修的課程中，比如“工程制圖”、“機械設計基礎”課程中學習過機械等方面知識，培養學生的識圖能力，為將來從事設計、運行、檢修等方面工作打下良好的基礎。

在離心式泵與風機的葉輪理論、泵與風機性能曲線、相似理論在泵與風機應用、泵的汽蝕等章學習后應設置習題課，同時注意各章節之間的聯系，授課時可以增加這部分授課學時。與此相反，相似理論在泵與風機應用部分與“流體力學”中相似理論內容基本相同，授課時可以縮短授課學時，注意授課學時的匹配。理論課與習題課相互搭配，多媒體與板書配合起到良好的教學效果。

隨著全球科技的迅猛的發展，授課的內容也要與時俱進，如果還沿襲教材的內容按部就班的授課，那就落后于時代的發展了。在各個章節中盡量多地介紹前沿性研究方向，開闊學生眼界、拓展思路。比如“泵與風機”先進的在線監測系統、專家故障診斷系統、數值模擬仿真技術、“泵與風機”設計技術發展及展望等。在數值模擬仿真技術和“泵與風機”設計中給學生介紹AutoCAD二維設計與Pro/ENGINEER三維實體造型設計，FLUENT數值模擬軟件及其應用、模型生成，風機的優化設計，葉片表面的壓力場分布、速度場分布、湍流度等值線圖、風機內部的流態分析、泵與風機的性能預測、風機的改造、CFD手段解決實際工程問題的案例等[2]。如圖1所示離心式給水泵汽蝕數值模擬圖，圖2所示軸流泵汽蝕數值模擬圖。為將來讀研深造的學生在研究生階段應用數值模擬仿真方法等作了預先的鋪墊和打下良好的基礎。

講授“泵與風機”噪聲及噪聲控制、數值模擬仿真技術、“泵與風機”先進的在線監測系統、專家故障診斷系統過程中，介紹“泵與風機”方面國內外科技期刊，比如“風機技術”等科技核心期刊，同時與階段性的小論文或讀書報告相結合。階段性的小論文或讀書報告是理論教學的具體體現，要求既要有教學理論知識又要有工程實際應用的例證，并提出自己的觀點與修正意見。教師在保證完成基本教學任務與作業后，分別在本課程的期中與期末，布置兩篇階段性的小論文或讀書報告。把有代表性、有特色的文章在課堂上宣讀。并以此作為期終考試成績的一部分。

泵與風機性能曲線的測試應用較廣，講授該部分內容時，可以與“熱工測試技術”課程聯系起來，介紹流量測試方法、壓力測試方法、傳感器工作原理等。在常規測試的基礎上，將所測流體運行參數的常規信號轉換為電信號，利用計算機實現遠距離、自動化的數據采集、數據分析的測試方式。在鍋爐熱平衡實驗中應用到泵與風機測試部分內容。

隨著單機容量的提高，鍋爐給水泵的水溫和轉速也隨之增加，要求泵入口有更大的有效汽蝕余量，通過設置前置泵方法，提高泵汽蝕性能的措施，介紹“熱力發電廠”課程前置泵與主給水泵聯結方式。如圖3前置泵與主給水泵同軸串聯連接方式所示。同時在多媒體及電子教案中介紹電廠計算機模擬仿真實習一些相關內容，比如鍋爐給水系統計算機模擬仿真，為學生大四的畢業實習和走上工作崗位打下堅實的基礎、起鋪墊作用。如圖4鍋爐給水系統仿真界面所示。

由于“泵與風機”課程課時有限，可以增加學生的自學部分，比如容積損失部分，提高學生自學能力，以提問形式總結自學內容。教師教學與學生自學形式相結合，取得良好的教學效果。

“泵與風機”課程涉及到的知識面廣，學生難免可能出現邊學邊忘的現象，在全課程教學計劃內容講授完后，需要全面進行系統的復習，使學生對該門課程形成總體認識，鞏固所學知識。抓好期末復習，是保證教學效果的重要一環。

三、授課的幾點體會

理論和實際相結合，理論應用到實踐中去。與我們日常生活息息相關，“泵與風機”課程是實踐性很強的專業課，授課過程中帶學生參觀熱力發電廠、區域供熱鍋爐房、水泵房等。學生們看到泵房中泵的集中布置、泵的管理和運行，給學生們留下很深的印象。使學生明確泵房布置設計的概念、了解廠房的結構特點、廠房設計原則、泵房運行管理等。

“泵與風機”課程必須與“鍋爐原理”、“汽輪機原理”、“熱力發電廠”等專業課程相聯系。比如調節鍋爐運行工況，鍋爐滿負荷調節、鍋爐升負荷調節、鍋爐降負荷調節離不開泵與風機的調節。大型鍋爐運行時，爐膛內的負壓基本是一個常數，負壓過高或者過低都會給鍋爐的正常運行帶來不良的影響；當給煤量或煤質發生變化時，常常需要先進行送引風機聯調，然后微調引風量，使鍋爐爐膛負壓處于最佳的運行狀態。

可以講授“熱力發電廠”等專業課程的預備知識，比如“泵與風機”的原動機部分，有電機驅動、汽輪機驅動等，“泵與風機”的運行與管道與閥門有密切關系等。泵啟動前應投運冷卻水系統，對泵組進行注水、排氣，啟動給水循環泵。檢查各油系統油的充滿程度。啟動前投入暖泵系統，使泵體上下溫差正常后，方可啟動。暖泵目的與操作方法與汽輪機啟動前暖機操作方法相同。停運時，應注意檢查給水泵出口止回閥是否關嚴，防止水泵出現倒轉。對處于備用的給水泵應使其一直處于暖泵狀態，以便緊急啟動[3]。

“泵與風機”課程必須與“鍋爐原理”、“汽輪機原理”、“熱力發電廠”等專業課程相聯系。不能把各門專業課割裂開來，而應把各個知識點串聯起來。比如“泵與風機” 課程中速度三角形理論與“汽輪機原理”課程速度三角形理論有其相似的地方，“泵與風機”課程中功率、損失部分中，機械損失、容積損失、流動損失與“汽輪機原理”課程在授課內容上基本相同，要求教師熟悉各們專業課程，提醒學生們注意，把2門課程結合起來理解這一部分內容，為“汽輪機原理”等后續專業課程的教學打好基礎。

本文認為“電廠常用泵與風機”可以不用自成一章，而應把這部分授課內容融入到“泵與風機”原理和結構中講解。與此相反，與“鍋爐原理”課程最后設置“鍋爐房工藝設計”一個章節、以及“熱力發電廠”課程最后設置“火電廠主廠房布置” 一個章節類似。“鍋爐房工藝設計”主要講述鍋爐房設計基本規定、鍋爐房布置、鍋爐房建筑等。“火電廠主廠房布置”主要講述主廠房布置類型及特點、主廠房布置內容、主廠房布置基本要求、主廠房內主要設備的布置等。“泵與風機”課程最后可以單獨設置水泵房一個章節，比如具體講述泵房布置類型及特點，泵房設計的國家標準、法規，泵房工藝、泵房運行管理、水泵的安裝、故障排除與維修等內容等。

四、結語

在“泵與風機”課程的教學環節中，特別是在教學方法上研究從單純傳授知識型轉向以培養學生的能力為重點的方法，教學效果明顯改善，學生在以后的畢業設計和工作中取得良好效果，達到全面提高教學質量， 為國家培養出建設創新型國家、實現工業化和現代化奠定人力資源優勢、具有專業技能、思想活躍的“卓越工程師”人才。

參考文獻：

[1]何川，郭立君.泵與風機[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2]王福軍.計算流體動力學分析[M].北京：清華大學出版社，2004.

[3]葉濤.熱力發電廠[M].北京：中國電力出版社，2006.

（責任編輯：劉麗娜）