流体动密封课程体系改革探索与实践

张伟政　翟霄　俞树荣　丁雪兴

【摘 要】针对过程装备与控制工程专业国家级特色专业建设及卓越工程师人才培养的要求，分析了流体动密封课程体系在实际中存在的问题，提出流体动密封课程教学体系改革的思路与措施，并进行了探索与实践，全面提高学生的工程实际应用能力，增强了创新意识。

【关键词】密封；课程体系；项目教学法；改革；实践

在化工企业中，“跑、冒、滴、漏”现象经常出现，究其原因是泄露。流体密封是流体机械、工艺设备、液压设备、管道和阀门等的重要组成部分，密封件虽然不大，但往往能决定机器设备的安全性、可靠性和耐久性。尤其在化工机械设备上，密封装置是其不可缺少的组成部分。为了使机械、设备能更安全更可靠地连续运转，必须重视发展密封技术和培养掌握密封技术的工程技术人才。结合我校过程装备与控制工程国家级特色专业的建设、卓越工程师的培养试点的需要，以及企业对密封人才的全方位素质的需求，对流体动密封课程进行一系列的改革探索与实践。

流体密封是一门涉及多学科的边缘性的工程技术学科，涉及许多学科知识，包括流体力学、固体力学、动力学、摩擦学、热力学、传热学、传质学、材料学等。过程装备密封技术属于过程装备与控制工程专业的专业课，是构建本专业特色方向的重要专业课之一。理论性和实践性都很强，通过该课程的学习，使学生掌握流体密封的基本机理，主要密封装置的基本结构和使用特点，以及典型密封结构的设计计算方法，培养学生分析问题与解决问题的能力，为学生毕业后从事相关工作打下必要的基础。

一、存在的问题

随着专业口径的拓宽、创新型人才培养模式的要求和社会需求的变化，原有的课程教学、毕业设计存在许多不足：

1.理论课程内容多学时少，特色体现不足缺乏前沿性；教学方法、教学形式相对单一；实验教学环节薄弱等

密封是一门多学科交叉性边缘学科，涉及的学科领域非常广，以机械密封或浮环密封为例，要解决这些密封问题，就要考虑定子和转子元件由于受力和温度作用产生的变形以及振动、磨损对流体膜的流体动力特性的影响，也就是说要从流体动力学、弹性理论、传热学、摩擦学和振动理论等方面去研究分析密封的问题。而专业课课时一般是32学时，要在这么短的时间内让学生熟悉和掌握密封的基本理论，以及垫片密封、填料密封、机械密封、非接触式密封等典型结构的选型和设计计算，还是有一定难度的。

目前流体密封技术课程教学还是采用“教师讲，学生听”被动的教学模式，把教师掌握的现成知识和技能传递给学生，让学生按照教师的安排和讲授去得到一个结果。这种比较单一的教学方式存在许多不足的地方，比如学生接受的信息量有限；只能按照教师的安排和讲授完成部分内容，而没有锻炼独立解决实际问题；学生被动学习，对课程内容死记硬背以应付考试，自学内容和课堂讨论少；教学内容与生产实践结合不足，不能很好地调动学生的积极性；达不到培养学生创新能力的教学目的等。

实验教学是保证本课程教学质量的基础，是理论联系实践的桥梁。本课程的实验内容包括：垫片密封比压测定实验；阀门填料密封装置拆装实验；机械密封装置拆装实验；机械密封过程模拟实验等。这些实验都是穿插在教学过程中进行的，大多是演示性、验证性实验，加上实验设备数量少，学生的动手机会不多。而且每个实验涉及的仅是独立的知识点，实验完成后，学生对知识的掌握仅停留在这几个孤立的知识点上，限制了学生知识应用能力和创造性思维能力。

2.密封毕业设计实践环节中设计方法传统；缺少相关软件的训练以及密封产品实物，缺少实践机会

密封毕业设计通常是根据已给定的工况和要求，参照或模仿传统的结构形式初选参数，根据经验公式进行工作性能计算，若计算结果满足要求则设计合格，反之则要不断改进参数甚至是形式，反复计算，直至达到设计要求为止。然而，这种惯常采用的经验设计结论，往往存在很多不足之处。现代科技不断进步，技术革新的日新月异，传统的设计方法相比之下显得过于陈旧，已经无法达到现如今的设计要求；此外，传统设计的设计结论简单且大部分多为经验公式，直接导致设计出的模型密封性能较差，生产出的产品效率低，已经跟不上企业生产实际的需要。鉴于此，应用现代优化设计方法刻不容缓。

在毕业设计过程中缺少相关软件的训练，如CFD软件、Maple计算软件等。而密封企业需要熟悉掌握此类软件的人才，若在校期间不训练，工作之后需要长时间熟悉此类软件，降低了工作效率，增加了企业的成本。由于甘肃地区无干气密封生产厂家，使得在本地区缺少毕业设计实习场所，设计过程中也无相应的密封产品实物，使得设计过程中产生的问题，如对设计的产品结构有不清楚的地方，需要花时间去琢磨，若有实物则可立即解决，在有限的毕业设计时间中，花费了不少时间去熟悉结构，对设计不利。

二、课程体系改革与实践

针对以上存在的问题，对流体动密封课程体系进行了改革，体现在以下方面：

1.课程教学方面

（1）以课堂教学为载体，结合卓越工程师培养计划的目标要求，更新课程内容体系，改革教学内容，修订课程大纲。把握重点知识内容，教学内容的选择体现基础性与前沿性相结合、重视动密封同时兼顾静密封。根据当前的形势，注意收集用人单位的意见和建议，了解企业对本课程教学内容的需要，强化教学内容的先进性和应用性。在教学内容安排上，适当增加与密封技术发展相关的知识，及时传授新知识，增加反映当前科技发展成果的内容尤其是授课教师特色科研方向新型动密封干气密封内容，形成本课程新的教学内容体系，在新版的培养大纲中已体现。

（2）改革教学方法、形式，运用项目教学理念，探索建立“研中学”、“做中学”的教学模式。改变单一、呆板的教学方法、形式。在课程教学中以项目问题为导向，采取大作业、专题研究报告、文献综述报告、研究性实验报告等多种载体相结合的教学方式，增加学生的参与机会，变被动学习为主动学习，激发学生的学习热情；授课内容产学研结合，教师将自己在科学研究项目中的经验与成果融入教学。通过工程实践应用的实例丰富教学内容，体现课程的基本理论知识与工程实践之间的内在联系。培养学生从工程全局出发，综合运用多学科知识、各种技术和现代工程工具解决工程实际问题的综合素质。例如，在讲解非接触式密封时，可结合项目组已结题、在研的多项干气密封国家自然基金项目、教育部博士点基金项目等，启发学生主动思考问题并寻找解决办法。学生在项目实践过程中，理解和把握课程要求的知识和技能，培养分析问题和解决问题的能力。通过这样的产学研结合的教育教学，强化学生工程意识、工程素质和工程能力的学习和锻炼，培养具有“卓越工程师”高素质的专业人才。同时改进教学手段，在制作和完善课件时，针对性的准备一些与课程有关的录像或仿真动画，并结合密封产品开展现场教学，对于所谓晦涩难懂的内容变得轻松、愉快、顺畅的接受，同样也收到事半功倍的效果。

（3）加强与完善实验教学。将演示型实验改成设计型实验，学生根据实验指导书及课堂讲授的内容，独立制定实验方案，然后与实验教师沟通，给予学生更多的动手机会。涉及到的实验仪器设备由学生自己操作，老师起辅助作用，其实验成绩由现场操作成绩与实验报告相结合给出。打破老师操作讲解学生被动观看的模式，给学生充分的自由和主动权，大大提高了学生学习知识的主动性，锻炼学生的实验技能和实践能力，培养了学生的创新精神。

2.毕业设计方面

毕业设计中，突破以往的传统设计，将科研的思想应用到密封毕业设计中来。在毕业设计选题方面，专门增加了干气密封设计，可以应用现代的优化密封设计方法，针对槽型参数，建立合理的多目标协调优化函数，并应用软件Maple进行近似求解，获得设计参数所对应的最佳的槽型结构参数。进一步以此槽型结构参数进行密封结构设计，最后应用 CFD软件进行密封性能校核。此举大大加快了毕业设计的进度，提高了效率，并且又训练了相关软件，可谓一举多得，对以后进行密封设计打下了坚实的基础。

针对毕业设计过程中无相应的密封产品实物，两种方式相结合可以解决。一是将科研所设计的密封样机直接用于毕业设计，增加了学生拆装实践的机会，在11年的毕设中已应用，效果良好，解决了甘肃地区无干气密封厂家实习的短板。二是让学生去产学研合作单位进行毕业实习及设计，在今年的毕业设计中已实现。

通过对流体动密封课程体系存在的问题的分析，进一步提出了课程体系改革的思路与措施，并进行了积极地探索与实践，全面提高学生的工程实际应用能力，增强了创新意识，取得了较好的效果，为培养合格的高素质工程人才做出了积极的贡献。

参考文献：

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