Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Cân bằng động (mã mô đun: MECP64147) được ban hành theo Quyết định số 207/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam). Tài liệu do Huỳnh Công Hải và Lê Anh Dũng thuộc Tổ bộ môn Cơ khí – Khoa Cơ khí Động lực biên soạn, phục vụ công tác đào tạo và lưu hành nội bộ tại trường.

Trong khung chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Lắp đặt – Vận hành – Bảo dưỡng bơm, quạt, máy nén khí, mô đun Cân bằng động thuộc khối các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề (nhóm II.2). Mô đun có khối lượng 4 tín chỉ với tổng thời lượng 90 giờ, bao gồm 28 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận và 4 giờ kiểm tra.

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định trên ba phương diện chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1): Người học hiểu hiện tượng mất cân bằng của vật khi quay, nắm vững nguyên lý cân bằng và xác định được biện pháp khắc phục các dạng mất cân bằng trên thiết bị.
  • Kỹ năng (B1): Vận hành được thiết bị máy cân bằng động, kiểm tra các chi tiết quay bị mất cân bằng, thực hiện xử lý và đề xuất giải pháp giảm hiện tượng mất cân bằng của vật quay.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Hình thành tác phong làm việc khoa học, tính kiên trì, tỉ mỉ và kỷ luật lao động trong môi trường kỹ thuật.

Cấu trúc giáo trình gồm 7 bài học chính và 1 bài mở đầu, đi từ cơ sở lý thuyết rung động, kỹ thuật chẩn đoán đến quy trình thao tác trên máy cân bằng động và phương pháp xử lý mất cân bằng thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được thiết kế theo tiến trình logic gồm bài mở đầu và 7 bài học chuyên đề:

[Bài mở đầu: Tổng quan rung động thiết bị quay]
[Bài 1: Tổng quan về rung động & Chu trình động lực]
[Bài 2: Chẩn đoán hư hỏng & Cấu tạo cụm chi tiết máy]
[Bài 3: Các phương pháp cân bằng vật quay & Phân phối khí]
[Bài 4: Máy cân bằng động & Hệ thống nhiên liệu, điều tốc]
[Bài 5: Lắp đặt vật quay trên máy cân bằng động]
[Bài 6: Đo kiểm tra lượng mất cân bằng của vật quay]
[Bài 7: Xử lý hiện tượng mất cân bằng vật quay]
  • Bài mở đầu (1 giờ lý thuyết): Giới thiệu vị trí của mô đun trong chương trình đào tạo, các dạng rung động và nguyên nhân gây rung động ở thiết bị quay công nghiệp.
  • Bài 1: Tổng quan về rung động (10 giờ: 6 LT, 4 TH): Trình bày lý thuyết về rung động máy, thông số rung động, lực ly tâm, hiện tượng mất cân bằng; tích hợp khảo sát nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ và 2 kỳ (xăng và diesel), các thông số thể tích buồng cháy ($V_c$), thể tích công tác ($V_h$), thể tích toàn phần ($V_{\max}$) và tỷ số nén ($\varepsilon = V_{\max} / V_c$).
  • Bài 2: Chẩn đoán hư hỏng bằng phân tích rung động (6 giờ: 4 LT, 2 TH): Cung cấp các dữ liệu và kỹ thuật phân tích chẩn đoán rung động máy; phân tích kết cấu thân máy, nắp máy, sơ mi xilanh (loại khô và ướt), nhóm piston – thanh truyền, xéc măng khí, xéc măng dầu, trục khuỷu và bánh đà.
  • Bài 3: Các phương pháp cân bằng vật quay (10 giờ: 2 LT, 8 TH): Phân tích nguyên lý cân bằng tĩnh và cân bằng động vật quay; đối chiếu với cơ cấu phân phối khí kiểu xu páp (xu páp treo, xu páp đặt), kiểu van trượt, kiểu phối hợp và các phương án dẫn động trục cam (bánh răng, trục, xích, dây đai).
  • Bài 4: Máy cân bằng động (10 giờ: 3 LT, 6 TH, 1 KT): Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động và quy trình vận hành máy cân bằng động; phân tích các hệ thống cung cấp nhiên liệu như bộ chế hòa khí, hệ thống phun xăng điện tử (EFI với khối ECM), bơm cao áp PE, vòi phun dầu, bơm tiếp vận kiểu piston, bộ điều tốc cơ khí và hệ thống điều tốc điện tử (EDC với khối ECU).
  • Bài 5: Lắp đặt vật quay trên máy cân bằng động (10 giờ: 4 LT, 5 TH, 1 KT): Hướng dẫn kỹ thuật gá lắp vật quay dạng đĩa, dạng trụ, kiểu công-sôn, kiểu gối đỡ hai đầu và vật quay dạng cánh quạt.
  • Bài 6: Đo kiểm tra lượng mất cân bằng của vật quay (20 giờ: 4 LT, 15 TH, 1 KT): Quy trình thực hành đo lượng mất cân bằng tĩnh và lượng mất cân bằng động của chi tiết trên thiết bị đo.
  • Bài 7: Xử lý hiện tượng mất cân bằng vật quay (23 giờ: 4 LT, 18 TH, 1 KT): Hướng dẫn hai phương pháp xử lý mất cân bằng: phương pháp thêm khối lượng (bổ sung đối trọng) và phương pháp giảm khối lượng (khoan, cắt gọt bớt kim loại).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng hệ thống kiến thức kỹ thuật cơ sở dựa trên:

  • Nguyên lý động học và động lực học cơ khí: Cơ chế sinh lực ly tâm do lệch tâm khối lượng trong vật thể quay; nguyên lý cân bằng tĩnh (triệt tiêu hợp lực) và cân bằng động (triệt tiêu ngẫu lực và hợp lực).
  • Chu trình nhiệt động học và phân phối công tác: Chu trình hoạt động của động cơ 4 kỳ (nạp, nén, cháy - giãn nở sinh công, xả) ứng với 2 vòng quay trục khuỷu ($720^\circ$) và động cơ 2 kỳ ứng với 1 vòng quay trục khuỷu ($360^\circ$). Công thức tính góc lệch công tác của động cơ nhiều xilanh: $$\text{Góc LCT} = \frac{180^\circ \cdot n}{i}$$ (trong đó $n$ là số hành trình của piston trong 1 chu trình công tác, $i$ là số xilanh).
  • Cấu trúc cụm chi tiết chịu tải động: Đặc tính chịu ứng suất uốn, xoắn, ma sát mài mòn của trục khuỷu; cấu trúc bạc lót đầu to thanh truyền với độ dôi lắp căng $0{,}03 - 0{,}04\text{ mm}$; cơ chế bao kín buồng đốt của xéc măng khí và gạt dầu của xéc măng dầu.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác vận hành máy cân bằng động; thực hiện chuẩn xác các phương án gá đặt vật quay dạng đĩa, trục, công-sôn, cánh quạt; thực hiện bổ sung hoặc cắt gọt giảm khối lượng để hiệu chỉnh cân bằng.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Tiếp nhận và đọc dữ liệu rung động máy; phân tích dạng mất cân bằng tĩnh hoặc động; xác định nguyên nhân gây mất cân bằng trên các cụm chi tiết quay.
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Kiểm tra độ mất cân bằng trên các chi tiết bơm, quạt, máy nén khí; lập quy trình tháo lắp, bảo dưỡng, cân bằng và sửa chữa thiết bị cơ khí theo yêu cầu kỹ thuật.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình quy định phân bổ thời lượng giảng dạy với 28 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành và 4 giờ kiểm tra, đặt trọng tâm vào việc rèn luyện kỹ năng thực nghiệm tại xưởng.

  • Phương pháp đối với giảng viên: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực gồm thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, xử lý bài tập tình huống và tổ chức thảo luận nhóm. Giáo viên phân chia lớp thành các nhóm nhỏ để thực hiện bài tập thực hành theo nội dung từng bài học.
  • Phương pháp đối với người học: Thực hiện hình thức tự học kết hợp làm việc nhóm (mỗi nhóm gồm 8–10 học viên). Nhóm trưởng phân công từng thành viên nghiên cứu nội dung chuyên đề, thảo luận, ghi chép và viết báo cáo nhóm trước khi tiến hành thực hành trên máy.
  • Điều kiện cơ sở vật chất: Giảng dạy lý thuyết và thực hành tại Xưởng Thiết bị tĩnh và động, trang bị máy tính, máy chiếu, máy cân bằng động, bộ dụng cụ cơ khí, giáo trình, giáo án, phiếu thực hành và phiếu học tập.
  • Phương thức đánh giá kết quả: Áp dụng Quy chế đào tạo Cao đẳng theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:
    • Điểm quá trình (trọng số 40%): Gồm 01 cột điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, hỏi miệng/tự luận sau 57 giờ, đánh giá chuẩn đầu ra A1, A2, A3, B1, B2, C1, C2) và 01 cột điểm kiểm tra định kỳ (hệ số 2, tự luận và thực hành sau 46 giờ, đánh giá chuẩn đầu ra A4, B2, C2).
    • Điểm thi kết thúc môn học (trọng số 60%): Thực hiện sau 90 giờ học bằng hình thức tự luận và thực hành, đánh giá toàn diện chuẩn đầu ra A1, A2, A3, B1, B2, C1, C2.
    • Thang điểm: Chấm theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân), tính điểm môn học theo trọng số rồi quy đổi sang thang điểm chữ và thang điểm 4 theo quy chế tín chỉ.
  • Yêu cầu chuyên cần: Sinh viên phải tham dự tối thiểu 70% số giờ giảng lý thuyết. Trường hợp vắng quá 30% số tiết lý thuyết, sinh viên phải học lại mô đun mới đủ điều kiện dự thi.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuẩn hóa chương trình đào tạo: Giáo trình được biên soạn và phê duyệt chính thức theo Quyết định số 207/QĐ-CĐDK năm 2022 của Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng bộ với chương trình khung đào tạo nghề cấp độ Cao đẳng gồm 92 tín chỉ (2205 giờ).
  • Tích hợp hệ thống điều khiển điện tử hiện đại: Bên cạnh các cơ cấu cơ khí truyền thống như bộ chế hòa khí hay bộ điều tốc cơ khí nhiều chế độ trên bơm cao áp PE, giáo trình tích hợp nội dung về:
    • Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) với khối điều khiển ECM tính toán thời gian mở vòi phun ở mức $0{,}003\text{ giây}$, kết hợp tín hiệu từ cảm biến vận tốc trục khuỷu, vị trí bướm ga, độ chân không ống nạp, nhiệt độ nước làm mát, lưu lượng khí nạp và cảm biến oxy.
    • Hệ thống điều tốc điện tử (EDC - Electronic Diesel Control) điều khiển vị trí thanh răng bơm cao áp bằng cơ cấu điện từ thông qua bộ vi xử lý ECU.
  • Tính liên kết ứng dụng thực tế: Nội dung tập trung trực tiếp vào các thiết bị quay đặc thù trong ngành công nghiệp dầu khí và công nghiệp nặng (bơm, quạt, máy nén khí, động cơ đốt trong).
  • Hệ thống tài liệu tham khảo chuyên ngành: Giáo trình sử dụng và trích dẫn các tài liệu chuyên môn:
    1. Dynamic balancing solution – HoneyB.
    2. Vibration Analysis Of Rotating Equipment – TS. Lê Đình Tuân.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên: Dành cho người học trình độ Cao đẳng nghề Lắp đặt – Vận hành – Bảo dưỡng bơm, quạt, máy nén khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Trước khi học mô đun MECP64147, người học cần hoàn thành các môn học và mô đun cơ sở, chuyên môn trong chương trình đào tạo:
    • Dung sai (MECM53001)
    • Vật liệu cơ khí (MECM53002)
    • Vẽ kỹ thuật 1 & 2 (MECM52003, MECM62012)
    • Cơ kỹ thuật (MECM64011)
    • Điện kỹ thuật cơ bản (ELEI53055)
    • Nhiệt kỹ thuật (PETR52002)
    • Gia công nguội cơ bản (MECM53104)
    • Nguyên lý – Chi tiết máy (MECM62015)
    • Kỹ thuật sửa chữa cơ khí (MECM64016)
  • Giảng viên: Sử dụng làm căn cứ thiết kế giáo án lý thuyết, phiếu hướng dẫn thực hành xưởng và đề thi đánh giá năng lực nghề nghiệp.
  • Cán bộ kỹ thuật và tự học: Dùng làm tài liệu tham khảo về quy trình gá lắp, đo kiểm và cân bằng động rotor, cánh quạt, trục quay trong các nhà máy và xí nghiệp công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được biên soạn phục vụ học viên hệ Cao đẳng nghề ngành Lắp đặt – Vận hành – Bảo dưỡng bơm, quạt, máy nén khí, đồng thời là tài liệu tham khảo cho giảng viên cơ khí và kỹ thuật viên bảo dưỡng thiết bị quay công nghiệp.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần hoàn thành các môn học nền tảng gồm Dung sai (MECM53001), Vật liệu cơ khí (MECM53002), Vẽ kỹ thuật (MECM52003, MECM62012), Cơ kỹ thuật (MECM64011), Điện kỹ thuật cơ bản (ELEI53055), Nhiệt kỹ thuật (PETR52002), Gia công nguội cơ bản (MECM53104) và Nguyên lý – Chi tiết máy (MECM62015).

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Giáo trình phân bổ thời lượng thực hành lên tới 58/90 giờ ($64{,}4%$), tập trung trực tiếp vào quy trình vận hành máy cân bằng động, hướng dẫn gá đặt 5 dạng vật quay đặc thù (dạng đĩa, trụ, công-sôn, gối đỡ 2 đầu, cánh quạt) và tích hợp các nội dung chẩn đoán hệ thống điều khiển điện tử EFI, EDC.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học cần nghiên cứu nội dung lý thuyết trước buổi học, hoàn thành các câu hỏi tình huống cuối mỗi bài, tham gia thảo luận theo nhóm 8–10 người, tuân thủ quy trình an toàn tại Xưởng Thiết bị tĩnh và động, và rèn luyện kỹ năng xử lý sai số cân bằng theo phiếu thực hành.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Tài liệu học tập kèm theo gồm phiếu thực hành, phiếu học tập, hệ thống máy cân bằng động tại xưởng và hai tài liệu tham khảo chính: Dynamic balancing solution (HoneyB) và Vibration Analysis Of Rotating Equipment (TS. Lê Đình Tuân).

Kết luận

Giáo trình Cân bằng động (mã mô đun: MECP64147) cung cấp hệ thống kiến thức từ lý thuyết phân tích rung động đến quy trình đo kiểm và xử lý mất cân bằng cơ khí. Lộ trình học tập được thiết kế tuần tự qua 7 bài học, kết hợp giữa 28 giờ lý thuyết tại lớp và 58 giờ thực hành tại Xưởng Thiết bị tĩnh và động. Việc hoàn thành mô đun này giúp người học đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật trong công tác lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa bơm, quạt, máy nén khí theo khung đào tạo của Trường Cao đẳng Dầu khí.