МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ (ИЭТ) ___________________________________________________________________________________________________________
Направление подготовки: 140400 Электротехника и энергетика
Профиль подготовки: Электротехнологические установки и системы
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
"Плазменные, лучевые, электронно-лучевые и лазерные установки"
Цикл: | профессиональный | |
Часть цикла: | ||
№ дисциплины по учебному плану: | ИЭТ; M.2.4 | |
Часов (всего) по учебному плану: | 144 | |
Трудоемкость в зачетных единицах: | 4 |
|
Лекции | 36 час | 2 семестр |
Практические занятия | 18 час | 2 семестр |
Лабораторные работы | -- | |
Расчетные задания, рефераты | -- | |
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 90 час | 2 семестр |
Экзамены | 2 семестр | |
Курсовые проекты (работы) | -- |
Москва - 2011
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является изучение принципов построения, работы и промышленного применения плазменных, электронно-лучевых и лазерных установок (ПЛУ).
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
· понимать современные проблемы научно-технического развития ПЛУ, принимать решения в рамках своей профессиональной деятельности (ПК-1, ПК-9, ПСК-8);
· применять современные достижения науки, методы современного физико-математического аппарата в области применения ПЛУ для реализации инновационных технологий в различных областях промышленного производства (ПК-12, ПК-13, ПК-14, ПК-20, ПСК-1, ПСК-2, ПСК-11);
· понимать современные научно-технические проблемы и научно-техническую политику в создании высокоэффективных технологий получения и обработки конструкционных и специальных материалов с применением ПЛУ (ПК-5, ПК-7, ПК-8, ПК-10, ПК-15, ПСК-4);
· эксплуатировать, проводить испытания и ремонт технологического оборудования ПЛУ. Управлять программами модернизации, оптимизационного проектирования электрического и технологического оборудования ПЛУ (ПК-2, ПК-4, ПК-5, ПСК-7, ПСК-13);
· разрабатывать планы, программы и методики проведения испытаний ПЛУ, применять современные методы диагностики и прикладного программного обеспечения (ПК-3, ПК-6, ПСК-7, ПСК-14);
· использовать современные программные средства для исследования рабочих процессов в ПЛУ (ПК-3, ПСК-5);
· демонстрировать навыки работы в коллективе, готовность генерировать и использовать новые идеи, обосновывать принятие конкретного технического решения при создании и эксплуатации в производстве ПЛУ (ПК-15, ПК-16, ПК-17, ПК-19);
· выбирать серийное и проектировать новое электротехническое и электроэнергетическое оборудование, используемое в ПЛУ (ПК-33, ПК-34);
· составлять практические рекомендации по использованию результатов научных исследований ПЛУ (ПК-23, ПК-24);
· составлять инструкции и программы испытаний ПЛУ (ПК-20, ПК-21);
· реализовывать различные формы обучения в области создания и исследования ПЛУ (ПК-35);
· оценивать инновационные качества, проводить поиск по источникам патентной информации, определять патентную чистоту разрабатываемых ПЛУ, подготавливать первичные материалы к патентованию изобретений, регистрации программ для ЭВМ и баз данных (ПК-25, ПК-26, ПК-27).
Задачами дисциплины являются:
· подготовить обучающихся к самостоятельному анализу состояния и динамики развития технологий с применением ПЛУ;
· подготовить обучающихся к проведению исследований, испытаний и наладке ПЛУ в условиях современного промышленного производства;
· научить принимать и обосновывать конкретные научные и инженерные решения при разработке режимов работы ПЛУ;
· научить сравнивать различные варианты технических решений и обоснованно выбирать критерии выбора оптимального варианта;
· научить разрабатывать планы, программы и методики проведения исследований рабочих процессов в ПЛУ с учетом требований конкретных производств;
· научить проводить анализ результатов исследования рабочих процессов в ПЛУ с применением проблемно-ориентированных методов.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла В.4 основной образовательной программы подготовки магистров по профилю "Электротехнологические установки и системы" направления 140400 Электротехника и энергетика.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Физика», «Химия», «Высшая математика», "Теоретические основы электротехники", "Теория автоматического управления", "Электротехнологические установки и системы", "Силовые и управляющие аппараты электротехнологических установок", "Системы электропитания электротехнологических установок", " Автоматизированные системы научных исследований".
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении выпускной работы магистра по магистерской программе "Электротехнологические процессы и установки с системами питания и управления".
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
· основные источники научно-технической информации и современные достижения науки в области электротехнологических процессов и установок с электрофизическими видами нагрева и обработки материалов, (ПК-6, ПК-36, ПСК-1);
· прикладные методы электротехники, электрофизики, электродинамики, теплообмена в разработке и проектировании электротехнологических установок с электрофизическими видами нагрева и обработки материалов (ПК-20, ПСК-2);
· принципы оптимизационного проектирования режимов работы ПЛУ, методы анализа и исследования ПЛУ (ПК-36, ПК-38, ПСК-4).
Уметь:
· осуществлять поиск, анализировать научно-техническую информацию и выбирать необходимые варианты реализации инновационных технологий с применением ПЛУ (ПК-6, ПК-36, ПСК-1, ПСК-5);
· разрабатывать модели режимов работы, выбирать серийное и проектировать новое электротехническое оборудование ПЛУ (ПК-20, ПСК-6);
· использовать современные методы измерительной техники и диагностики в исследованиях и наладке ПЛУ (ПК-36, ПСК-14).
Владеть:
· навыками дискуссии по проблемам создания инновационных технологий с применением ПЛУ (ПК-3, ПСК-3);
· навыками анализа естественнонаучной сущности проблем, возникающих при эксплуатации, наладке и исследовании ПЛУ (ПК-5, ПСК-6);
· навыками нахождения информации о характеристиках, областях применения ПЛУ (ПК-6);
· навыками применения полученной информации при эксплуатации, испытаниях, наладке ПЛУ (ПК-6, ПСК-7, ПСК-13);
· навыками создания практических методов анализа режимов работы ПЛУ, позволяющих прогнозировать их свойства и поведение в реализации современных промышленных технологий (ПСК-3, ПСК-8, ПСК-10).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.
№ 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 | Независимый принцип нагрева в процессах переплава металла. | 5 | 2 | 2 | 1 | -- | 2 | Тест на знание устройства и процессов в ПЛУ |
2 | Физические принципы формирования электронного и плазменного луча в вакуумных ЭТУ для переплава металла. | 12 | 2 | 4 | 2 | -- | 6 | Тест на знание устройства и процессов в ПЛУ |
3 | Электронно-лучевые печи (ЭЛП) для переплава металла. | 7 | 2 | 2 | 1 | -- | 4 | Тест на знание устройства и процессов в ПЛУ |
4 | Электронно-плазменные (вакуумные плазменные) печи (ВПП) для переплава металла. | 12 | 2 | 4 | 2 | -- | 6 | Тест на знание устройства и процессов в ПЛУ |
5 | Ламинарные плазмотроны. | 12 | 2 | 4 | 2 | -- | 6 | Контрольный опрос |
6 | Плазменные горелки. | 12 | 2 | 4 | 2 | -- | 6 | Контрольный опрос |
7 | Промышленные лазеры для резки материалов. | 12 | 2 | 4 | 2 | -- | 6 | Контрольный опрос |
8 | Ионно-плазменные установки напыления и модификации поверхности материалов. | 12 | 2 | 4 | 2 | -- | 6 | Тест на знание устройства и процессов в ПЛУ |
9 | Электронно-лучевые установки (ЭЛУ) напыления покрытий. | 12 | 2 | 4 | 2 | -- | 6 | Тест на знание устройства и процессов в ПЛУ |
10 | Электронно-плазменные установки (ЭПУ) напыления покрытий. | 12 | 2 | 4 | 2 | -- | 6 | Тест на знание устройства и процессов в ПЛУ |
Экзамен | 36 | 2 | -- | -- | -- | 36 | Устный | |
Итого: | 144 | 2 | 36 | 18 | -- | 90 |
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции:
1. Электротехнологические установки (ЭТУ) для проведения переплава металлов с лучевыми видами нагрева.
1.1. Независимый принцип нагрева в процессах переплава металла.
Значение процессов переплава в специальной металлургии. Недостатки и технологические ограничения дуговых вакуумных печей (ДВП) и электрошлаковых печей (ЭШП) в процессах переплава металла в специальной металлургии. Зависимый характер процессов нагрева в ДВП и ЭШП. Независимый режим нагрева в плазменных и электронно-лучевых установках. Технологические возможности и перспективы применения вакуумных плазменных и электронно-лучевых печей в процессах переплава для формирования структуры и рафинирования металлов.
1.2. Физические принципы формирования электронного и плазменного луча в вакуумных ЭТУ для переплава металла.
Электронные промышленные пушки. Основные понятия электронной оптики и принципы формирования мощных электронных пучков в электронно-лучевых печах (ЭЛП). Структура построения и характеристики электронных промышленных пушек. Катоды электронных промышленных пушек.
Сильноточный вакуумный разряд с горячим полым катодом (РПК). Структура РПК. Физические основы процессов формирования высокоэнергетического потока электронов в разреженной плазме на выходе из полого катода. Энергофизические процессы проведения электронного потока к аноду-изделию во внешнем столбе РПК.
1.3. Электронно-лучевые печи (ЭЛП) для переплава металла.
Структура и принципы построения ЭЛП. Состав и основные характеристики оборудования ЭЛП. Достижения ведущих электротехнических фирм в мире в создании электронно-лучевых печей. Ограничения и перспективы развития ЭТУ для создания инновационных электронно-лучевых технологий в металлургии и машиностроении. Теоретические и практические достижения в области проектирования ЭЛУ. Оценка и анализ энергетических показателей электронно-лучевых процессов в создании инновационных технологий в промышленном производстве.
1.4. Электронно-плазменные (вакуумные плазменные) печи (ВПП) для переплава металла.
Структура и принципы построения ВПП. Состав и основные характеристики оборудования ВПП. Принципы конструирования горячих полых катодов ВПП. Теоретические основы расчета энергофизических характеристик ВПП.
2. ПЛУ для проведения процессов резки, напыления и модификации поверхности материалов.
2.1. Ламинарные плазмотроны.
Ламинарная плазменная струя, затопленная в среде атмосферного давления. Газодинамические и энергофизические характеристики струи. Теоретические основы процессов формирования ламинарной струи с помощью электрической дуги в разрядном канале. Спектрометрические плазмотроны. Ламинарные плазмотроны. Особенности конструирования ламинарных плазмотронов. Расчет геометрических, газодинамических, тепловых и электрических характеристик ламинарных плазмотронов. Ограничения в выборе химического состава плазмообразующего газа ламинарных плазмотронов. Создание и перспективы развития инновационных технологий на основе использования ламинарных плазмотронов.
2.2.Плазменные горелки.
Плазменная резка металлов. Структура и принципы построения установок для плазменной резки металлов. Теоретические основы расчета энергофизических характеристик плазменных горелок. Каскадная модель дуги. Теплообменная модель каскадной дуги плазменных горелок. Критические режимы плазменных горелок.
2.3.Промышленные лазеры для резки материалов.
Особенности лазерного оборудования в ЭТУ. Понятия теории формирования лазерного излучения. Классификация лазеров. Особенности конструктивных схем промышленных лазеров. Лазерные технологии – перспективы и ограничения в их развитии и применении в промышленном производстве. Установки лазерной технологии в промышленности.
2.4.Ионно-плазменные установки напыления и модификации поверхности материалов.
Перспективы и направления использования объёмного несамостоятельного электрического разряда в ЭТУ атмосферного давления. Энергофизические процессы в разряде. Ионно-плазменные технологии и технологические характеристики объёмного несамостоятельного разряда в ЭТУ. Опытно-промышленные разработки и перспективы применения ионно-плазменных ЭТУ с объёмным несамостоятельным разрядом.
Ионно-плазменные вакуумные ЭТУ. Принцип эрозионного распыления материалов в формировании химически активной разреженной плазмы. Формирование потока ионов в процессах нанесения покрытий в условиях вакуума.
2.5.Электронно-лучевые установки (ЭЛУ) напыления покрытий.
Структура и принципы построения ЭЛУ напыления покрытий. Состав и основные характеристики оборудования ЭЛУ напыления покрытий. Достижения ведущих электротехнических фирм в создании ЭЛУ напыления покрытий.
2.6.Электронно-плазменные установки (ЭПУ) напыления покрытий.
Структура и принципы построения ЭПУ напыления покрытий. Состав и основные характеристики оборудования ЭПУ напыления покрытий. Достижения ведущих электротехнических фирм в создании ЭПУ напыления покрытий
4.2.2. Практические занятия
· Методы расчета энергетических характеристик ЭЛП.
· Методы моделирования ламинарных плазмотронов.
· Метод расчета характеристик внутреннего и внешнего столба РПК вакуумных плазменных печей.
· Метод расчета характеристик каскадной дуги плазменных горелок. Расчет критического тока плазменных горелок.
4.3. Лабораторные работы
Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены.
4.4. Расчетные задания
Расчетные задания учебным планом не предусмотрены.
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. Презентации лекций содержат большое количество фотоматериалов. Также проводятся проблемные практические занятия по вопросам расчета характеристик и моделирования рабочих процессов ПЛУ в создании инновационных технологий в промышленности.
Самостоятельная работа включает подготовку к лекционным занятиям, практическим занятиям, тестам, и подготовку к экзамену.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, устный опрос на практических занятиях.
Аттестация по дисциплине – экзамен.
Оценка за освоение дисциплины определяется как оценка за экзамен.
В приложение к диплому вносится оценка за 2 семестр.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
1. Электрические промышленные печи. Дуговые печи и установки специального нагрева/ Под редакцией – М: Энергоиздат, 1981. – 286с.
2. , . Вакуумные плазменные электропечи. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011.
3. Электронные плавильные печи. Под редакцией . М.: Издательство Энергия. 1971. – 167с.
4. Промышленное применение лазеров. Под редакцией Г. Кёбнера. М.: Издательство Машиностроение. 1988. – 278с.
5. A. M. Krouchinin, A. Sawicki. Modelling of the constricted arc in plasma generators. The Publishing Office of TUCz. 2005. – 221с.
6. A. M. Krouchinin, A. Sawicki. A Theory of electrical arc heating. The Publishing Office of TUCz. 2003. – 173с.
б) дополнительная литература:
1. , , . Плазменные электротехнологические установки. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. – 602с.
2. , Ламонов и упрочнение деталей и узлов энергетического оборудования методом ионно-плазменной обработки. М.: Энергоатомиздат. 1996. – 126с.
3. , , Титов основы электронной и ионной технологии. М.: Высшая школа. 1984. – 320с.
4. Электротехнический справочник: В 4 т. Т.4. Использование электрической энергии. / Под общ. ред. профессоров МЭИ и др. (гл. ред. ). М.: Издательство МЭИ, 2002.
5. Электротермическое оборудование: Справочник. / Под общ. ред. . М.: Энергия, 1980.
6. Электрооборудование и автоматика электротермических установок: Справочник. / Под редакцией , , и . М.: Энергия. 1978. – 304с.
7.2. Электронные образовательные ресурсы:
а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
презентации, методические разработки, компьютерные модели, разработанные на кафедре ФЭМАЭК.
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для обеспечения освоения дисциплины используются учебные аудитории, снабженные мультимедийными средствами для представления презентаций лекций, класс персональных компьютеров, учебные компьютерные программы, стенды и макеты.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140400 «Электроэнергетика и электротехника» и профилю «Электротехнологические установки и системы».
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
д. т.н. профессор
«УТВЕРЖДАЮ»
Зав. кафедрой ФЭМАЭК
д. т.н. профессор
