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关键词:风能与动力工程;多学科交叉;国际化;复合型;风电人才
中图分类号:G642 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)08-0242-03
随着全球化进程的推进,中国市场本身也正变成一个国际化的市场,无论中资企业还是跨国公司,都把其核心竞争力的构建放在“国际化人才”的吸纳上。麦肯锡的《应对中国隐现的人才短缺》指出:“今后五年,中国需要7.5万名能够在国际市场中施展才能的管理人员,但目前这类人才只有5000个”。风电技术和行业的国际化需求随着风电各大企业的国际化进程也越来越高,为满足全球市场对风力发电人才的需求,华北电力大学于2006年开设了国内外第一个风能与动力工程专业,培养具有风力发电机组及风电场设计、制造、运行和管理和具有国际竞争力的风电人才。国际化人才就是具有国际意识、国际交往能力、国际竞争能力的人才,因为这种人才能立足于本土,放眼于世界,积极主动地参与国际竞争,对国家经济建设能起到有利的推动作用,未来将成为可持续发展的执行者。因此,专业创建了国际化风电人才培养方案,毕业的学生除了适应新能源电力发展需求外,还可从事动力工程、电气工程及机械工程等相关领域的专门技术工作,甚至可在国际能源咨询业工作,成为可再生能源发展的引领者。
一、国际化的教育理念和培养目标
教育国际化就是教育观念国际化、人才标准国际化、人才培养国际化、教育市场国际化,并且要确立教育国际化的培养目标,构建国际化的课程体系,加强教育国际化的交流和积极发展国际合作办学。就华北电力大学风能与动力工程专业的国际化战略来讲,设定的总体目标就是,建设多学科交叉风能与动力工程专业,培养高素质、创新型、国际化人才。其分目标:①学科建设目标:提升学科的国际化水平,加快高水平学科建设的步伐;②人才培养目标:提高具有国际视野、通晓国际规则、在全球可再生能源领域活动中具有领导力和竞争力的高层次、创新型国际化人才。为适应国际化的需求,要培养学生具有以下优质素质:坚实宽广的专业知识;良好的外语水平;明确的国际化意识;较高的国际交流水平;较强的专业实践能力;复合创新型国际化高水平人才。通过专业教学,提升学生的国际竞争力,使之成为能够适应国际环境的复合型人才,实现国际化先进人才培养的价值取向。
二、国际化风电专业人才培养的战略
国际化人才培养战略的核心是探索办学模式的国际化,它首先是办学理念的国际化、发展战略的国际化,然后是由此所决定的策略、行动方案的国际化。办学宗旨和理念的国际化先行,就能有效指导课程体系、师资建设、教学方式与手段、教学管理和质量保证体系、管理运行模式等方面的国际化。
1.办学理念。提出了国内外领先的“多学科交叉,国际化教育与工程化教育融合,科技创新与教学相长,具有国际竞争力”的风电人才培养理念,在全程教学环节中贯彻实施、研究、总结、提升。力求使学生做到“一专多能”,“一专”即指专于空气动力工程,“多能”即指能掌握国际风电所需要的机械、电气、控制、计算机、外语、经济、运行、管理等学科知识和技能。同时,还应强调学生具备从全球角度观察、思考和处理问题的实际能力。在培养人的过程中,倡导“人的全面而自由的发展”。力求在教学大纲设计、课程设置和教学管理中,充分注重学生的全面协调发展,不仅关注其知识的获取,还关注其综合素质的提高。教育过程鼓励合作学习,促进学生之间的相互交流、共同发展,促进师生教学相长。
2.办学模式。就学科建设国际化措施来讲,要建立战略性的研究方向,就要先确定几个主要的战略性研究方向,与国外的一些高水平学术机构进行合作研究,把世界各国的专家、学者汇集在一个平台上。培养学生的学术研究队伍,让学生参与到学术科研中,参与到国际的学术团队中,借助于联合培养的机制。①英语课程:贯穿于听力、口语、阅读、写作、语言知识、自主学习指导等各部分,互为交融和强化,旨在对学生进行全面语言训练。②实践课程:鼓励并开展学生的专业实践活动,加强校企合作,让学生参与诸如暑期社会实践的暑期实习,有助于学生的国际化,并有助于专业课程学习与实践的对接,培养学生成为国际化高水平的复合型人才。③科研合作交流:开展国际合作研究项目,举办高水平的国际学术会议,鼓励教师参与国际学术交流。国际学术交流的主体是教师和管理人员,并让有适当能力的学生都参与。在人才培养的国际化方面,制定一些措施,促进人才培养质量的提升。
3.教学方案。教学方案以工程热物理、电气工程、机械工程三大学科的基础课为主,专业工程化训练,是以开设了全新的《风力发电原理》、《风力机空气动力学》、《风力发电机组设计与制造》、《风力发电机组监测与控制》、《风力发电场》、《风电场电气工程》等六个主干专业课的学习,来完成多学科的交叉与融合。每门专业课的教材组织行业著名专家新编。为了完成多学科交叉的工程化实践,鼓励并开展学生的专业实践活动,课程体系中设有四大实践环节,大学二年级就将学生派往风电机组制造厂和风力发电厂进行两周的认识实习,大学三年级时,派到风电机组总装厂进行两周的拆装实习,大学四年级时,根据学生就业方向,分别派往电力设计院、风电场以及风电机组制造厂进行4周的毕业实习,最后,针对学生的科学研究志向,进行14周的毕业设计。同时还设置了风电大讲堂,由国际知名学者进行授课,保证学生得到最新的国际技术动态。通过教师和学生互换和学分互认等制度性的安排,进而逐步与国外院校建立合作关系,实现并逐步增强国际化。
三、风能与动力工程专业的教学实施
在国际上第一次聘请18名以世界风能协会主席为代表的国际风电规格专家为客座教授,为本科生授课和开设专题技术讲座;聘请国内外著名企业的风能知名专家为本科生授课和开设专题技术讲座。将国内外最新的科技成果、新技术、新产品的内容融入教学内容中,将工程化实际的成功经验和存在的技术问题融入教学内容中。每年选拔优秀本科生,派往美国等国外知名大学学习。提出并运用了“科技创新与教学相长”的教学方法。将国内外最新科技成果、新技术和新产品编入教材,在理论教学和实践教学中运用。教学团队承担国家“863”项目、国家科技支撑项目、国际合作项目、国家自然基金项目和企业委托重大项目,培养建设多学科交叉、国际化、工程化的年龄、专业结构合理的高素质教学团队。
1.国际化人才培养。①国内首次制定并完善了风能与动力工程专业培养方案,建立并完善了符合国家经济建设和国际风电技术发展需求的风电人才培养方案和多学科交叉型与国际化的课程体系。②构建实施了国际化教育与工程化教育融合的教育模式。聘请国际知名专家和企业知名专家给本科生授课和开设专题讲座,建立风能专家大讲堂,多次与英国剑桥大学、美国加州大学伯克利分校、丹麦技术大学、Manchester大学、Strathclyde大学、Loughborough大学,荷兰Delft科技大学等名校在教师培养和学生交流等方面合作,为培养国际化人才提供条件,同时不断提高教学水平。聘请国际知名教授为本科生授课。使学生始终站在国际风电技术最前沿。③按照多学科交叉、国际化、工程化的师资培养模式,建立了教授与青年教师“传、帮、带”的共同发展模式,通过“走出去,请进来”的教学与培训方法,建设了一支年龄、专业结构合理的高素质、国际化的教学团队。
2.多学科相融的教学。①组织编写出版了国际上第一套6部风能与动力工程专业教材。将最新的国际领先的科技成果、新技术、新产品编入教材中。由世界风能协会主席贺德馨任教材编审委员会主任,组织全国风力发电产学研领域的著名专家审稿、多次试用和修订。②建设了大型风洞实验室、风电场与风电机组仿真实验室、风力发电运行与控制实验室、风电机组设计与制造实验室、风力发电机组拆装实验室和物理模拟实验室,解决了本科生理论学习与教学实践相结合的难题。与北京金风科创风电设备有限公司、沈阳工业大学风能技术研究所等企业和科研院所,建立校外人才培养基地,得到了同行的大力支持和资助。③在中国政府/世界银行/全球环境基金——中国可再生能源规模化发展项目(CRESP项目)、国家“211”工程建设项目、教育部修购专款项目、国际风能教研项目、企业风电专业赠款和企业风电奖学金共同资助下,分别完成了风能与动力工程专业培养方案建设、教材建设、教师能力培养、实验室建设、风电资料室建设和国际化人才培养工作。
华北电力大学的风能与动力工程专业是教育部批准的第一个风电本科专业,通过6年的教学实践,取得了一些教学经验和成果,但是与国际的一流教学相比还有差距。我们将不断努力,全面开展并推进教学进程,完善对学生及教学的国际化教育,致力于培养高水平、复合型的国际化风电科技人才。
参考文献:
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【关键词】热能与动力工程;锅炉
引言
随着经济的不断发展,现有的化石资源已经远远不能满足我国现下经济的快速发展,能源问题越来越受到党和人民的密切关注。所以,在有限的能源下,想要发展经济就必须用提高科学技术的手段来使能源的利用率得到提高。热能与动力工程是一门工程应用专业,这门学科的包含机械工程学和跨热能与动力工程,这两门学科也是其主要的理论基础,该学科的应用与发展原理就是将热能与机械能在一定的条件下进行互相的转化,来产生各机械设备运转所需要的动力。我国经过长时间的探索,热能动力工程已经得到了很大的发展,取得了很好的发展成果,其应有的价值在锅炉方面体现的淋漓尽致。目前,我国在锅炉的利用和发展过程中存在的主要问题就是能耗过大,这是每个从业人员都必须面对的现实问题。我们应致力于用热能动力工程技术来对燃料的燃烧进行创新,来使能源的利用率得到改善。锅炉是主要的热能与动力工程的承载者,能量转化是其在生产过程中的主要动力,因此要提高锅炉的利用率就必须在设计锅炉初期就应该用热能与动力工程的标准来武装设计方案,唯有这样才可以使锅炉的燃烧效率以及能源利用率得到很好的提高。
1 热能与动力工程的基本内容以及发展概况
1.1 热能与动力工程的基本内容
热能与动力工程包含多们学科知识内容,因此是一门综合性比较强的学科。热能的研究以及用适当方法进行热能与动力学之间的转化是其主要的研究方向和内容。在能源利用高效的锅炉上我们可以看到,热能和动力工程的很多系统性的应用都体现在了锅炉的设计上,研究内容对锅炉的运行也起到了指导的作用。我们在对热能与动力工程研究的同时,也必须兼顾其他领域的研究,毕竟它是一门综合性的学科,尤其应将研究的重点放在热能与机械能的转化上,这样才可以更好的提高对这门学科的认知度。同时,作为一门有着广大发展前途的学科,它也设计很多的发展方向,自动化的发展方向就是随着科技的不断进步而衍生出来的。目前我国在热能与动力工程这方面的人才相对匮乏,人才的培养也是未来发展的一项重要的工程,用知识性的人才来解决能源方面的使用问题,来使热能动力工程的作用得到发挥,从而为我国的经济发展提供一个很好的平台,从这个角度来说,马不停蹄的进行科技创新,提高对热能与动力工程的研究的意义已经变得非常重要。热能与动力工程旨在解决的是能源和环保方面的问题,减少废物的产生将能源高效的利用是一件十分艰巨的同时也是我们需要克服的任务。
1.2 我国热能与动力工程的发展概况
我国的热能与动力工程始发与中国成立初期的50年代,我国各种企业以及生产方式都是遍地狼藉,后期的一切发展以及人才的培养都是借助于苏联的模式,所以我国的经济发展以及人才的培养都得到了很大的改善。随着改革开放后我国社会主义经济进行的如火如荼,热能与动力工程呈现出勃勃的发展生机。随着市场经济的要求,热能与动力工程的人才需求越来越高,因此教育部将原来零零散散的九门关于热能与动力的学科整合为一体并将其纳入大学生的学习行列。整合后的学科综合性以及学科内容针对性极强,尤其广泛的应用领域是在锅炉方面。解决能源短缺的事实是热能与动力工程发展的主要目的,这是不争的事实,所以其有很高的地位在国民经济发展中是不容置喙的,人们对它的高度重视一定会持续高温,使我国的能源提供能够更加流畅、高效。最新的热能与动力工程发展将环保理念融入到了工程实践的发展之中,减少能源的浪费,降低水、大气以及固体废物的排放,将生态化提到日程表上。现在的热能与动力工程的发展会为以后的经济发展夯下坚实的基础,将经济发展的可靠性得到很大的提高。
2 热能与动力工程在锅炉方面的应用以及发展创新
2.1 热能与动力工程在锅炉方面的应用
是否成功的将热能与机械能进行转化的核心技术就是锅炉内部的燃烧控制,随着科学技术的不断进步,锅炉填料的技术已经取得了很大的发展,由以前的人工填料演变成现在的燃料填充的自动化阶段。热能动力自控技术可以将锅炉的燃烧分为两个类型。第一种是由各种元件组成的连续性控制系统,这种方式能有效的进行锅炉内部的温度调节,以此来提高燃烧效率,但是温度控制不够精确,需要仔细认真的态度进行细致确认;第二中是双交叉控制系统,这种方式可以节省材料,更重要的是能较为精确的控制温度在合适的范围内。目前,工业炉是应用比较广泛的一种炉子,是工业生产中的重要组成部分。工业炉的主要作用就是通过更加深入的研究能源利用率来达到锅炉发展的新时期。经过对热能动力学的研究,现在的步进式以及推钢式锅炉在热能的转化方面取得了令人欣喜的进展,虽然这两种方式在输料方式上有一定的不同点,但是使用起来效果却是非常好的。在未来的发展方向上我们可以清楚的看出,热能动力学工程可以在能源方向、汽车工程方向以及低温控制技术方向上有着很大的提高空间,在未来的市场上有着无限的发展潜力,能够逐渐的将人们的生活方式发展成自动化。锅炉供暖、电能供电技术等等都应耳熟能详了,这些已经完全融入到人们的生活生产中,当然世界上还有很多的未知之谜需要我们求探索,需要有识之士去开发、去展望,去实现我们美好的明天。将锅炉等行业的能源利用达到最高,实现能源的高效化。
2.2 热能与动力工程在锅炉方面的发展创新
2.2.1 热能与动力工程在锅炉方面的发展
世界第一台锅炉在英国产生,随之进行了蒸汽时代的工业革命,虽然锅炉是工业炉的一种,利用燃烧来提供所需要的热量,但是这样不但对能源有着很大的浪费,而且也会造成生态环境的恶化。随着科技的进步,越来越多的技术应用到了改良锅炉行业中。当前,在我国各行各业上广泛应用、工业上加热装置普遍使用的锅炉就是工业炉,它的种类很多,数量涉及的范围广,我国国民经济的发展很大程度就是依赖工业炉的改良与使用,因此它的发展与国家建设以及战略息息相关。在国家节能减排的号召下,锅炉业首当其冲,节约型的锅炉建设是各个行业努力发展的目标,在高校中热能与动力学的学生应该积极涉猎各种技术,在学习好理论基础知识的前提下还需要培养一定的分析问题、解决问题的能力,作为21世纪的学生,必备的素质之一就是进行计算机操作,那样才能跟上时代的步伐。能源对于一个国家的重要性不言而喻,国家经济发展是否长久受能源利用效率的直接影响,创新、环保能力的培养是当代人才的迫切需要。发展新技术,提高能源利用率尤其是在锅炉行业的效率是摆在我们面前的主要问题。
2.2.2 热能与动力工程在锅炉方面的创新
众所周知,进行能量的转换调节是锅炉燃烧控制中非常重要的一环。随着时代的不断发展,锅炉的类型以及填充燃料的方式都有了很大的发展,同时也有效的控制了锅炉的燃烧效率。在燃料的消耗系统中,有两类是能够进行能量控制的。一类是调节空气与燃料的比例值,通过和锅炉的设定值进行比较来得出所想要的结果,但是这种方式比较复杂,而且精确的计算也没有实现,要想使技术的准确性能够保障,还需要对锅炉的设定值进行多次的确认才可以。现在的主要手段是经过计算机的设计计算来提高锅炉的效率,通过计算机来控制锅炉的运行与操控,达到自动化的目的。通过调整锅炉的燃烧方式提高了能源利用率,减少了对环境的污染。在锅炉风机上,热能与动力工程为降低风机故障而造成设备损害,因此在改良风机的问题上热能与动力工程也进行了很大的创新,保障了锅炉电机的安全运行。热能与动力学工程在最近几十年的发展中研发出一种可以在不同方向上测定燃料速度的软件,通过数学模型得出一系列的模拟结果,从而可以有效的改善锅炉内部某些部件的性能。
3 热能与动力工程在锅炉应用方面存在的问题
热能与动力工程在锅炉应用方面存在的主要问题除了如何提高能源利用率外,最主要的就是锅炉风机方面问题。锅炉的风机主要是用于传送以及压缩气体,也就是将气体风能转化为机械能,从而保证锅炉的正常运转。随着人们大量的需求能源,越来越多的负荷强加到锅炉上,致使风机的自身性能降低,从而导致锅炉电机的损害,严重影响锅炉的效率,并且在一定情况下会导致锅炉其他设备受损,这将直接导致大量的经济损失,同时也会对操作工人造成安全威胁。良好的热能动力工程技术能有效的尽心锅炉的改进,但是由于叶轮机械结构复杂,很多不确定性的因素都会影响温度的测量,致使我国到目前为止还没有有效的方法来解决这个问题。所以如何行之有效的将热能与动力工程技术应用到风机的改良上,顺利的产生持续性能高的锅炉已经成为热能与动力工程人员需要考虑的问题。只有不断的依靠热能与动力工程技术不断的对风机进行改进,才能保障工作人员安全以及锅炉的正常运转,才能不断的对锅炉进行改造,才能使锅炉在运转和工作中发挥出应有的作用。
4 结语
锅炉有着悠久的历史,经过人类科技文明的发展,锅炉也经历了很大的改善,拓展了自己的性能。本文在对锅炉运转以及设计理念上应用热能与动力工程进行了详细的阐述,并对该工程对锅炉中存在的问题提出了有效的解决办法,深入的研究了热能动力工程在技术上对锅炉在燃烧方面的应用,尽所能的通过提高燃烧效率增强燃料利用率。简而言之,目前我国人才尚很缺乏,需要大量的培养相关知识性人才,用实际行动来提高他们对该行业的探索能力,不断的对该工程涉及的领域进行研究,勇于创新,挖掘出热能与动力工程在包括锅炉在内的使用领域上的其他潜力,行之有效的降低能量的消耗,为我国的经济发展事业奉献自己的一份力量。
参考文献:
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关键词:实践教学;创新;能源动力工程;改革
作者简介:代元军(1978-),男,河南正阳人,新疆工程学院电力工程系,副教授;孙玉新(1982-),女,吉林蛟河人,新疆工程学院电力工程系,讲师。(新疆 乌鲁木齐 830091)
中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)29-0102-02
能源是世界发展的重要资源和动力,能源的科学开发和优化配置,是当今各国现代工业以及国民经济和社会发展乃至富民强国的必由之路。新疆有着极为丰富的能源资源。据统计,新疆的石油、天然气和煤炭预测资源量,分别占全国陆地预测资源量的30%、34%和40%,光、热、风等资源也在全国占有较大份额,这为新疆建设国家能源战略基地奠定了坚实的基础。
在新疆如此丰富的特色资源下,新疆本科院校能源与动力本科专业如何在实践教学环节中结合新疆特色和学校特色,改革和创新层次分明、知识和能力逐级递增的实践教学体系,是摆在能源与动力工程教育工作者面前的难题。
一、分层次建立能源与动力工程专业基础教学实验中心
分层次建立能源与动力工程专业基础教学实验中心,将“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”三门能源与动力工程专业基础技术课程的相关实验组合起来,并提出把“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”课程所涉及的相关实验设置成四个层次的教学实验方案。
第一层次实验:基础性教学实验。主要是指与课堂教学内容紧密联系的实验(验证性实验),其中包括实验方法、实验技术的基本训练。例如在“工程流体力学”课程中设置了两个专项实验:雷诺实验、伯努利能量方程实验。在雷诺实验中,主要让学生观察水流的流态,即层流和紊流现象,然后测定上、下临界雷诺数,最终使学生了解流态与雷诺数的关系。在伯努利能量方程实验中,主要是观察流体流经能量实验管时的情况,并对实验中出现的现象进行分析,从而加深对能量方程的理解,并最终掌握测量流体流速的原理。在“工程热力学”课程中,设置CO2临界状态观测及P-V-T关系测定实验,通过该实验了解CO2临界状态的观测方法,增加对临界状态概念的感性认识,以及对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解,掌握CO2的P-V-T关系的测定方法,学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。
第二层次实验:“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”中所涉及主要物理参数的测试手段和方法的实验。主要是指温度、压力、流量、比热、流速、传热系数、传热温差及数据采集等测试手段和方法的训练。例如在“工程热力学”课程中,设置气体定压比热测定实验。该实验让学生了解气体比热测定装置的基本原理和构思,熟悉本实验中测温、测压、测热、测流量的方法,掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法,分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。在“传热学”课程中,设置综合传热性能实验。该实验通过测定不同表面状态及气流条件下管道的综合传热系数,观察和分析影响传热的各种因素,从而对传热过程有一个直观的了解。
第三层次实验:实现设计目标的综合性实验。主要是指以实现某一功能为目的,构建工程性、设计性实验,培养学生构想、设计、解决问题的能力。例如换热器结构改造的传热性能对比测试实验。该实验的测试对象为学生设计的换热器外表面不同形状的肋片,通过实验测试其传热系数,找到最佳的肋片形状。
第四层次实验:知识延展性实验。主要是指通过互联网、多媒体、可视化技术介绍新知识、新技术、新发展,以期延伸和拓展学生知识视野和相关专业知识面。
通过以上四个层次的实验训练,能够培养能源与动力工程专业学生的流体及热工实验的实验方法、实验设计、实验技术等实验能力,为进一步开展专业课学习和专业性实验打下坚实的基础。
二、分级建立能源与动力工程专业实验基地及教学实验中心
1.初级为专业基本实验
主要培养学生掌握能源动力工程领域常用的实验方法,使用常用仪器、仪表,学会处理数据,具有规范、熟练、准确的实验操作技能,重在学知识、练技能,属于专业学习中的初级水平。专业基本实验主要包括“公差与金属材料”组建2个实验台位,“自动控制原理”组建2个实验台位,“热工过程检测技术”组建2个实验台位。
2.中级为专业综合实验
以专业方向课程设置为主线分别以热电工程模块、制冷空调工程模块、新能源工程模块三部分构建专业平台实验。
热电工程模块包括锅炉实验平台、汽轮机实验平台、热工过程自动化实验平台;制冷空调工程模块包括制冷原理及设备实验平台、空气调节实验平台、供热工程实验平台、食品冷冻冷藏原理与设备实验平台;新能源工程模块包括风能利用与控制技术实验平台、太阳能利用与控制技术实验平台。
3.高级为设计、创新实验
在三大专业方向模块综合实验的基础上,依据自主专业创新教学环节和毕业设计课题,组织大三、大四学生参加专业大赛或者参与教师科研项目。教师拟定实验大纲、提出问题让学生自行思考、分析、设计、优选,重在锻炼科学思维,发展创新能力,培养学生自主学习、大胆创新的学习习惯。这种设计创新实验是基于专业教学和科学研究之间的实验,主要结合专业大赛和毕业设计来进行。
三、建立能源与动力工程专业校内仿真实习基地,改革传统生产实习模式
生产实习教学环节是为了加强学生对所学专业理论课程的理解、增强对所学专业的感性认识,培养学生综合分析问题和解决问题的能力。在这一重要实践环节的实施过程中存在诸多问题,实习质量难以达到预期。以能源与动力工程专业方向之一的热电工程为例,能源与动力工程专业学生在电厂实习花费较大;电厂企业出于安全和经济效益的考虑,和学校很难建立起长期稳定的校外实习基地。由于电厂岗位工作的资质要求,实习学生不能上岗操作,生产实习只能是走马观花,流于形式,实习效果得不到保证。
为了解决以上问题,在自治区煤炭煤电煤化工实训基地建设工程的不断推进下,新疆工程学院能源与动力工程专业将传统的单纯的在电厂企业生产实习模式改为校内仿真实习与校外实习相结合,并逐步过渡到以校内仿真实习基地为主的生产实习模式。能源与动力工程专业的学生在新疆工程学院的300/600MW火电厂仿真实验室开展与实际电厂 1∶1仿真的运行操作和故障处理的训练。
在仿真实习中,学生主要熟悉、掌握锅炉机组及其主要附属设备的结构、工作原理和运行特性;熟悉锅炉机组各系统,如煤粉制备系统、风烟系统、疏水排污系统等的运行方式,运行监控系统及自动控制系统概况;熟悉锅炉机组正常运行中监视、调节的主要内容(参数)及其调节方法,如负荷、给水、燃烧、汽温等的调节和监视;熟悉锅炉机组起动前的准备内容,起动程序及起动过程中的有关注意事项;对锅炉机组的几种停运方式、停炉程序、停炉后的冷却和养护等熟练操作;掌握锅炉机组的事故预防和处理方法,学会分析有关事故,如给水、汽温、管子爆破、煤粉爆炸、熄火等,以及事故发生原因、预防处理的方法;熟悉考核锅炉运行的主要经济指标。生产实习模式的改革改进了学生的思维模式,强化了学生的工程意识,提高了学生参与实习的主动性、积极性,强化了学生的动手能力和综合能力,培养了学生严谨的科学作风。
四、改进能源与动力工程专业毕业设计,培养学生创新能力
毕业设计是能源与动力工程专业学生在毕业前关键性的综合性实践教学环节,是在教师的指导下学生独立完成的工程设计或者论文。通过该综合性实践教学环节的锻炼,复习和巩固本专业学生的专业基础知识和专业知识,培养学生对已学知识和未学知识的综合学习与运用能力。改进能源与动力工程专业的毕业设计,对培养学生的实践能力、创新能力和适应社会要求的能力具有重要意义。
毕业设计所涉及的内容,专业课程的任课教师应该在授课过程中加强讲授和训练,让学生尽早掌握毕业设计的理论知识。要根据专业方向和现有的新技术和新方法提出贴近生产一线的毕业设计题目,并且要保证题目的多样化,使得学生能尽量根据毕业后的工作方向确定题目,以便毕业后能够尽快适应工作岗位的专业要求。在毕业设计过程中,应该加强检查指导工作,保证学生能够按时按质的完成毕业设计。严格对毕业设计进行考核,通过考核评定出不同的等级,表彰设计过程中的优秀学生,以此来督促和提高学生做好毕业设计工作。
五、结束语
在新疆经济大发展的推动下,新疆工程学院热能与动力工程教研室通过积极调研和深入思考,对能源与动力工程专业实践教学环节进行了改革,并在实施过程中加以修订和调整,最终取得了较好的效果。
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关键词:海上风电;高空作业平台;运行维护
一、引言
能源已经是现代人类世界必不可少的重要动力,它将直接和间接地影响到社会经济文明的发展。众所周知,随着全球经济的快速发展,能源的需求量越来越大,传统能源完全不能全部供应发展的需要。风能作为一种极具竞争力的可再生清洁能源,它强有力地改变了世界能源市场结构。风能在几十年的研究发展过程中,已逐步从应用示范转变为实用化。相对于传统的燃煤发电来说,风力发电是没有二氧化碳排放的理想绿色能源。而与陆地风能相比,海上风能特点更为突出,海上年平均风速明显大于陆地,研究表明,由于海面的粗糙度较陆地较小,离海岸10km的海上风速比岸上高25%以上。世界上越来越多的国家将目光放在了风能资源的开发和利用上,并早已通过相应的技术手段研究着手建设海上风电场,从而使得风能资源的有效利用率更高,建设开发重点利用海上风电项目已成为将来世界风电行业及能源电力行业发展的大势所趋。而我国的海上风电行业目前尚处于刚刚起步发展的阶段,在海上风电场的布机设计、建设施工和生产运营等方面仍存在着很多的问题,本文旨在可以通过建设海上风电高空作业平台的方式来保证海上风电产业的稳步发展。
二、高空作业平台的背景
高空作业平台是用于承载工作人员、工器具或者工作用材到达相应位置,从而进行工作的设备,属于高空作业器械。它主要包括带曲柄机构的工作平台、伸展和保护机构和底盘。其特点主要体现在结构紧凑、作业频率高、自身载荷小,操作灵活简单,并具安全可靠性高、平稳性和微调性好等方面。其中安全性强和作业效率高是高空作业平台的最大特点。高空作业平台除了能进行高空作业外,还具有行走、越障和躲避障碍等功能,更好地迎合了流动性大、机动性强、区域范围广的高空作业要求。
国外对于高空作业平台的研究研发早于国内,至今已有百年多的历史,其产品研发、生产应用已经具有相当成熟的体系,生产企业主要集中在欧美、日本等发达国家。高空作业平台属于特定的产品,应用于特定的领域,因此在我国的应用推广和普遍程度并不是很高,使用频率也不高;各个生产地区产业链不完整,科技技术含量差距很大;与国际级的主要高空作业平台制造厂商相比,企业的规模偏小;对于产品标准的执行能力较弱,有关的工作人员操作使用培训以及安全使用等方面的配套标准指定不足。
我国的高空作业平台仅有近五十年的发展。尽管近几年我国高空作业器械发展很快,但同时也存在企业发展不平衡,产品单一化等不足,依旧处于行业发展的上升期。从结构形式上来讲,我国的高空作业平台目前主要以简单的剪叉式、套筒油缸式等为主,某些高强度,高难度作业所用的特殊平台方面尚有空白,依然是以进口为主,如高空绝缘作业车、 蜘蛛式高空作业平台等。而海上高空作业平台无论是国外还是国内都还发展不足,还有极大的发展空间。
我国风电的开发仍处于发展阶段,风场管理以及配套服务机制还有待完善,特别是大部分的风电企业对风电机组的维护还没有充分系统的认识,以致于在企业前期投入严重不足,导致后期风电场运营存在诸多隐患,风电场随时都有可能发生许多意想不到的事故,风机的停机、风场的停运都会直接影响到风电场并网和场运营的经济效益。按我国现行标准(DL/T797-2001)规定风机维护检修周期为半年、一年、三年、五年,以及逐年加大的装机容量势必形成庞大的维修工作量,如果不具有高效的维护、维修装备,将严重制约风场的正常运行。目前,兆瓦级风力发电机继续朝着单机容量增大的趋势发展,配套的维修保养设备所面临的问题越来越突出。
三、海上风力发电高空作业平台设计
1、平台结构
利用SolidWorks三维仿真软件对海上风力发电高空作业平台进行建模(图1-1),更便于直观的表达设计思想,体现各部件之间的连接关系设计思想。所设计平台主要有基础平台、液压缸支柱、风机滑道、平台滑道、顺轨弹簧和防撞轮组成。
图1-1 平台建模
大体可以分成上下两个部分,一是上部的平台,二是下部的液压缸支柱(图1-2),两者通过平台滑道连接,实现了既可以上下运动,又可以满足水平方向移动的实际要求。
图1-2 液压缸支柱示意图
平台部分是工作的主要区域,主要起到了载重货物和施工人员的作用。本文设计的高空作业平台可拆卸组装,配合风机厂家生产的可调节式滑道,实现360度旋转升降。
竖直方向出现夹角,从而钢丝绳受力增大,使整个风机维修平台的稳定性降低。本文所设计海上风力发电高空作业平台主要思想是将平台和液压缸支柱采用滑道链接,当平台水平方向移动的时候,液压缸支柱不需要移动,从而减少一些船只的不必要消耗,也使平台的稳定性大大增加。
由于风机塔筒外形是从下到上逐渐变窄的,所以平台除了顺轨道上下滑动外还装有拉紧弹簧,方便滑轮在轨道内滑动。
2、平台的应用
平台使用范围:风力发电机组的外部机构,包括叶片、塔筒、机舱及相应部件和海上变电站的检查及维修保养。
平台适用对象:各种市场上存在的MW级风机,如变桨型/失速型风机。
平台的使用应遵循以下条例:
1.使用平台前先对平台进行检查(限位开关等);
2.固定平台上下固件;
3.执行必要检查并检修平台任何情况下,平台操作必须完全遵照安全说明;
4.高空作业平台要使用于任何特殊应用及特殊工作环境下,使用前必须联系平台制造商。
3、平台的安装
本平台设计为可拆装式平台,先进行拼装,每段平台都有对接,对接处用专用锁栓进行固定连接
在平台上部也有对接处,同样用专用楔栓进行固定连接,接好全部分段平台进行滑动框架安装,滑动框架的作用是保证平台处于相对于塔筒的最佳位置。滑动框架安装完毕进行配重滑竿和滑轮的安装,在平台的两侧安装配重滑竿以防止出现偏坠现象,虽然本平台是用四柱式液压缸支柱进行托
升,保证了平台水平度,但从长远考虑还要增加配重以防止不必要的损坏。滑轮要安装在塔筒面一侧,配合顺轨滑道,防止平台与塔筒碰撞对塔筒造成损害。平台拼装完毕后,将平台安装与液压缸支柱上,将平台底部与液压缸支柱上的滑道对接(图1-3),调整好与风机的相对位置,将平台的滑轮与风机上的顺轨滑道对接,使滑轮在滑道里滑动。由于风机塔筒是类似于锥形的形状,因为滑道的存在会使平台不断偏离原上升轨道,所以需要在平台上安装一个曲柄机构用来调整平台的位置。至此平台的主要部件已经安装完毕。
图1-3 平台与支柱滑道对接展示
四、高空作业平台的设计意义
采用高空工作业平台可以让工作人员在空中对叶片进行空中修复,不必将叶片落到地面。可以对叶片开裂、雷击缺损、叶尖开裂、叶尖加固、砂眼修堵、胶衣修复、横向竖向裂纹阻断进行修复,还可以对风机叶片进行整体翻新、叶脊加固,根据客户要求可以对叶片进行定期检查、维护、工业清洗等,也可以对塔筒进行维修和维护保养,减少风机潜在的运营风险,进一步为风机的运行维护降低成本作出贡献。
参考文献
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作者简介:
能源是人类社会发展的动力。过去,世界的发展依赖有限的化石能源如煤炭、石油等。随着温室效应的加剧和石油价格的上涨,全世界各国都在积极努力地寻求解决方案。如何缓解经济发展与能源及环境之间的矛盾,新能源给我们提供了一种新的选择,它将成为破解中国乃至世界难题的关键,引领世界跨入强劲增长的新能源经济时代。故而,新能源迅速成为全球关注的焦点。基于国家节能减排的压力和新能源产业带来的巨大经济效益双重驱动下,我国央企电力巨头纷纷加快了在新能源和节能环保领域整合的步伐。央企电力巨头在全国范围内跑马圈地向新能源领域延伸的同时,人们强烈的意识到,推动新能源行业前进的人力资源却捉襟见肘。整个新能源行业,无论是核电、风电、太阳能行业,还是相关的装备制造业——新能源专业人才的大量缺乏已成为制约当前新能源产业发展的最大屏障之一。
专题回顾:2007年,华北电力大学成立了国内首个可再生能源学院,但仅开设了水利水电工程、水文与水资源工程、风能与动力工程三个专业。2010年7月,经教育部审批,浙江大学、中南大学、江苏大学等11所高校首次设立“新能源科学与工程”专业。2011年和2012年教育部又先后批准了23所大学开办该专业。截止2012年,经审批国内共有34所大学开设了“新能源科学与工程”专业。面对新能源产业的迅猛发展,高等院校中具备培养新能源高新技术人才能力的院校却是凤毛麟角,新能源产业的人才储备远落后于整个产业的发展速度。
为推进新能源产业的持续健康发展,着力提升新能源专业人才培养的力度与质量,2013年5月19日,“首届全国新能源科学与工程专业建设研讨会”在华北电力大学北京校本部召开。浙江大学、中南大学、华中科技大学、重庆大学、河海大学、东北农业大学、福建师范大学、河北工程大学、华北电力大学、北京工业大学、北京信息科技大学、吉林农业大学、济南大学、江苏大学、南京理工大学、青岛大学、深圳大学等22所开设了该专业的高校和部分新能源企业,围绕新能源科学与工程专业人才培养模式、专业教材建设、资源共享网络平台建设等展开了深入研讨。华中科技大学、浙江大学、东北农业大学、福建师范大学就各自在新能源专业建设和人才培养上的实践经验进行了交流与分享。