МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕХАНИКИ (ЭнМИ) ___________________________________________________________________________________________________________
Направление подготовки: 141100 Энергетическое машиностроение
Магистерская программа: Производство энергетического оборудования
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ И ПРОИЗВОДСТВА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ МАШИНОСТРОЕНИИ"
Цикл: | профессиональный | |
Часть цикла: | М.2 базовая | |
№ дисциплины по учебному плану: | ЭнМИ; М2.1 | |
Часов (всего) по учебному плану: | 180 | |
Трудоемкость в зачетных единицах: | 5 | 2 семестр |
Лекции | 36 час | 2 семестр |
Практические занятия | 18 час | 2 семестр |
Лабораторные работы | -- | Не предусмотрены |
Расчетное задание | 14 час самостоят. работы | 2 семестр |
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 126 час | |
Экзамен | 0 час | Не предусмотрено |
Курсовые проекты (работы) | -- | Не предусмотрено |
Москва - 2011
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является изучение современного состояния и проблем совершенствования энергетической техники, ее конструирования и особенностей эксплуатации.
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
· к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности, к изменению социокультурных и социальных условий деятельности (ОК-2);
· использовать на практике навыки и умения в организации научно-исследовательских и научно-производственных работ, в управлении коллективом, влиять на формирование целей команды, воздействовать на ее социально-психологический климат в нужном для достижения целей направлении, оценивать качество результатов деятельности (ОК-4);
· самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять свое научное мировоззрение, в том числе с помощью информационных технологий (ОК-6);
· вести библиографическую работу с привлечением современных информационных технологий, способностью анализировать, синтезировать и критически резюмировать информацию (ОК-9).
· самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять своё научное мировоззрение, в том числе с помощью информационных технологий (ОК-6);
· использовать углубленные знания в области естественнонаучных и гуманитарных дисциплин в профессиональной деятельности (ПК-1);
· использовать углубленные теоретические и практические знания, которые находятся на передовом рубеже науки и техники в области профессиональной деятельности (ПК-2);
· находить творческие решения профессиональных задач, готовностью принимать нестандартные решения (ПК-4);
· анализировать естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-5);
· оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ПК-8);
· осуществлять анализ различных вариантов, искать и вырабатывать компромиссные решения (ПК-10);
· использовать методы решения задач оптимизации параметров различных систем (ПК-11);
· использовать знание теоретических основ рабочих процессов в энергетических машинах, аппаратах и установках, методов расчетного анализа объектов профессиональной деятельности (ПК-12);
· использовать современные технологии проектирования для разработки конкурентоспособных энергетических установок с прогрессивными показателями качества (ПК-13);
· использовать знания теоретических и экспериментальных методов научных исследований, принципов организации научно-исследовательской деятельности (ПК-14);
· использовать современные достижения науки и передовых технологий в научно-исследовательских работах (ПК-15);
· на основе системного подхода строить и использовать модели для описания и прогнозирования различных явлений, осуществлять их качественный и количественный анализ (ПК-16);
· составлять практические рекомендации по использованию результатов научных исследований (ПК-17);
· понимать современные проблемы научно-технического развития сырьевой базы, современные технологии по утилизации отходов в энергомашиностроении, научно-техническую политику в области технологии объектов профессиональной деятельности (ПК-18);
· оценивать техническое состояние объектов профессиональной деятельности, анализировать и разрабатывать рекомендации по дальнейшей эксплуатации (ПК-19);
Задачами дисциплины являются:
· познакомить студентов с основными типами современных установок генерации электрической энергии;
· дать представление о физических процессах в основных генерирующих объектах;
· научить принимать и обосновывать конкретные технические решения при последующем конструировании генерирующих объектов.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла М.2 основной образовательной программы подготовки магистров по программе "Производство энергетического оборудования" направления 141100 Энергетическое машиностроение.
Дисциплина базируется на профильных дисциплинах основной образовательной программы подготовки бакалавров.
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении научно-исследовательской работы и выпускной квалификационной работы – магистерской диссертации.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения учебной дисциплины, обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
· теоретические основы pабочих пpоцессов в энеpгетических машинах, установках и аппаpатах (ПК-12 );
· способы обеспечения соответствия объектов профессиональной деятельности миpовым стандаpтам и тpебованиям к техническому уpовню, качеству и сеpтификации энеpгетических машин, аппаpатов и установок (ПК-2, ОК-9);
· современные технологии проектирования для разработки конкурентоспособных энергетических установок с прогрессивными показателями качества (ПК-12, ПК-13).
Уметь:
· оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ПК-8);
· оценивать техническое состояние объектов профессиональной деятельности, анализировать и разрабатывать рекомендации по дальнейшей эксплуатации (ПК-19).
Владеть:
· навыками принятия конкретных технических решений при конструировании генерирующих объектов;
· современной компьютерной техникой и средствами коммуникации, необходимыми для эффективного использования программных средств (ПК-7).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетные единицы, 180 часов.
№ п/п | Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации | Всего часов на раздел | Семестр | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и | Формы текущего контроля успеваемости (по разделам) | |||
лк | пр | лаб | сам. | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
1 | Современное состояние мировой и российской теплоэнергетики и ее перспективы | 6 | 2 | 4 | - | - | 18 | Контрольная работа |
2 | Проблемы повышения эффективности и надежности паротурбинных, газотурбинных и комбинированных установок | 10 | 2 | 6 | - | - | 18 | Контрольная работа |
3 | Проблемы и перспективы в области производства и эксплуатации энергетических установок на органическом и ядерном топливе | 46 | 2 | 8 | 18 | - | 36 | Устный опрос |
4 | Перспективы развития гидроэнергетики | 14 | 2 | 8 | - | - | 36 | Тесты: системно-креативный подход при исследовании и проектировании предлагаемых энергетических объектов и подсистем; цели и задачи; терминология |
5 | Перспективные материалы в тепло - и гидроэнергетике и реакторостроении | 16 | 2 | 10 | - | - | 10 | Тест |
Расчетное задание | 14 | 2 | 6 | Защита расчетного задания | ||||
Зачет | 2 | 2 | - | - | - | 2 | ||
Итого: | 180 | 36 | 18 | - | 126 |
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции:
1. Современное состояние мировой и российской теплоэнергетики и ее перспективы
Основные генерирующие мощности России и их технический уровень. Распределение генерирующих мощностей, их возраст, способность обеспечить гарантированное электроснабжение. Графики нагрузки энергосистем и проблемы их покрытия. Перспективы развития мировой и российской энергетики. Перспективы развития газотурбинных и парогазовых технологий.
2. Проблемы повышения эффективности и надежности паротурбинных, газотурбинных и комбинированных установок
Современные газовые турбины: их устройство, параметры, области применения. Примеры лучших зарубежных ГТУ. Основные проблемы создания конкурентоспособных ГТУ в России. Научные проблемы разработки систем охлаждения, совершенных систем сжигания, покрытий для высокотемпературных деталей. Проблемы технического обслуживания. Научные проблемы газодинамики турбомашин и пути их решения. Научные и практические проблемы вибрационной надежности турбомашин.
3. Проблемы и перспективы в области производства и эксплуатации энергетических установок на органическом и ядерном топливе
Проблемы создания котлов на суперсверхкритические параметры пара. Основные пути совершенствования энергетического оборудования классических ТЭС. Этапы освоения суперсверхкритических параметров пара в мировой энергетике. О целесообразности перехода к энергоблокам ССКП в России. Проблемы, связанные с выбором схемных и конструкторских решений при создании паровых котлов блоков ССКП. Примеры конструкций котлов.
Слоевые технологии сжигания. Классификация технологий слоевого сжигания топлив. Сжигание в фиксированном слое. Топки с колосниковыми и валковыми решетками. Прямоточные и противоточные системы подачи топлива. Сжигание в стационарном кипящем слое. Конструкция топок с КС. Пути решения экологических проблем. Сжигание в циркулирующем кипящем слое. Анализ различных существующих технологий ЦКС. Преимущества и недостатки котлов с ЦКС. Примеры конструкций зарубежных котлов с ЦКС.
Современные экологически безопасные ТЭС. Влияние ТЭС на окружающую среду. Экологически безопасные технологии сжигания топлив в топках котлов. Ступенчато-стадийное сжигание. Малоэмиссионные горелочные устройства. Пыле - и газоочистка дымовых газов. Установки азото - и сероочистки дымовых газов. Селективное некаталитическое восстановление оксидов азота (СНКВ). Селективное каталитическое восстановление оксидов азота (СКВ). Установки мокрой и мокро-сухой сероочистки дымовых газов. Современные высокоэффективные золоуловители: многопольные электрофильтры и рукавные фильтры. Анализ конкретных примеров внедрения природоохранных технологий на действующих зарубежных и российских ТЭС.
Общие проблемы и современные задачи атомной энергетики. Проблемы утилизации отработанного ядерного топлива. Создание замкнутого топливного цикла. Управление цепной реакцией деления. Системы безопасности АЭС. Перспективные ядерные установки. Проблемы при создании и внедрении.
4. Перспективы развития гидроэнергетики
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.
Достигнутый уровень совершенства и не решенные проблемы силового оборудования ГЭС и рабочем процессе гидротурбины. 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.
Энергетические насосы – проблемы и направления их решения. 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».
Современные научные и прикладные проблемы в области объемных гидромашин, гидро-, пневмосистем и агрегатов. 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.
5. Перспективные материалы в тепло - и гидроэнергетике и реакторостроении
Конструкционные материалы в тепло - и гидроэнергетике. Конструкционные материалы, применяемые в реакторостроении. Требования, предъявляемые к реакторным материалам и конструкционным материалам в тепло - и гидроэнергетике. Радиационная стойкость конструкционных материалов. Коррозия реакторных материалов. Конструкционные материалы активной зоны. Материалы корпуса реактора и других элементов ядерных энергетических установок.
4.2.2. Практические занятия
Конструкционные материал теплоэнергетики.
Конструкционные материал гидроэнергетики.
Конструкционные материал атомной энергетики.
4.3. Лабораторные работы
Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены.
4.4. Расчетное задание
Выбор конструкционного материала в энергетическом машиностроении.
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы
Курсовой проект учебным планом не предусмотрен
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций.
Практические занятия включают тестирование с использованием компьютеров с установленным программным обеспечением.
Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольным работам, написание рефератов, подготовку к зачету.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для текущего контроля успеваемости используются тесты, контрольные работы, защита результатов расчетного задания.
Аттестация по дисциплине – зачет.
Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка за защиту расчетного задания.
В приложение к диплому магистра вносится оценка за 2 семестр.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
1. Основы современной энергетики, т.2, Современная теплоэнергетика, под ред. , 2008.
2. Паровые и газовые турбины для электростанций: учебник для ВУЗов. Под ред. . М.: Издательский дом МЭИ, 2008.
3. Лойцянский жидкости и газа. –М.: Наука, 1978.
4. и др. Теория управления. –СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 1999.
5. , Квятковский в СССР. –М.-Л.: Госэнергоиздат, 1957.
6. Ломакин и осевые насосы. –М.-Л.: Машиностроение, 1966.
7. Башта насосы и гидравлические двигатели гидросистем. –М.: Машиностроение, 1974.
8. Фомичев электрогидравлических усилителей следящих приводов: Изд-во МГТУ, 2009.
9. , , и др. Расчёт котельных агрегатов с использованием современных программных продуктов / ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени ». – Иваново, 2007.
10. Тепловой расчёт котлов (Нормативный метод) 2-е изд. С.-Пб.: НПО ЦКТИ, 1998.
11. Тепловой расчёт котельных агрегатов (Нормативный метод) / Под ред. . М.: Энергия, 1973.
12. , ядерной техники: Учебник для вузов – М.: Энергоиздат, 1982
б) дополнительная литература:
1. Теплотехнический справочник /под ред. . Т.3. «Тепловые и атомные электростанции», раздел 5. Насосы и газодувные машины. М., 2002.
2. Тепловые и атомные электрические станции (справочник), т. 3 / Под. ред. и . М.: Энергоатомиздат, 2001; гл. 1.
3. Физический энциклопедический словарь. –М.: Советская Энциклопедия, т. I, II, .
4. Попов линейных систем автоматического регулирования и управления. –Учебн. пособие для вузов. –М.: Наука, 1989. – 304 с.
5. Попов нелинейных систем автоматического регулирования и управления. –Учебн. пособие для вузов. –М.: Наука, 1988.
6. Климонтович движение и структура хаоса. –М.: Наука, 1990.
7. Фишер теория жидкостей. –М.: Гос. изд-во физ-мат. лит., 1961.
8. Ядерная индустрия. Курс лекций. - М.: МГУ 2005
7.2. Электронные образовательные ресурсы:
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для презентации лекций, и компьютерный класс, оснащенный компьютерами с программным обеспечением для проведения расчетов.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 141100 «Энергетическое машиностроение» и профилю «Производство энергетического оборудования».
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛИ:
Ст. преп. .
"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой ТМ
д. т.н., профессор
