THÔNG TIN TỔNG QUAN VÀ MÔ TẢ HỌC THUẬT GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: HỆ THỐNG PHÁT LỰC

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hệ thống phát lực (Mã mô đun: KKT19MĐ38) được ban hành kèm theo Quyết định số 193/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Tài liệu do Kỹ sư Bùi Đức Sơn chủ biên, phục vụ cho chương trình đào tạo nghề Khoan khai thác dầu khí ở trình độ Cao đẳng theo khung quy định của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội.

Trong chương trình đào tạo chuyên môn ngành (gồm 51 tín chỉ với 1.320 giờ), mô đun có khối lượng 2 tín chỉ (tổng thời lượng 45 giờ), được bố trí giảng dạy sau các môn học cơ sở như Địa chất cơ sở, Địa chất dầu khí, Cơ sở khoan, Cơ sở khai thác, Địa chất môi trường, Điện kỹ thuật cơ bản và Cơ sở điều khiển quá trình.

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

  • Về kiến thức (A1): Người học trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các thiết bị trong hệ thống phát lực và xây dựng được quy trình vận hành hệ thống.
  • Về kỹ năng (B1): Vận hành được các tổ hợp và thiết bị thuộc hệ thống phát lực.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Rèn luyện tác phong làm việc khoa học, ý thức kỷ luật, tính cẩn thận, kiên nhẫn và tuân thủ các quy chuẩn an toàn trong vận hành thiết bị khoan khai thác.

Giáo trình có cấu trúc gồm 3 bài học chính, thiết kế theo tiến trình từ tổng quan khái niệm, phân tích cấu tạo chi tiết đến thực hành quy trình vận hành và khắc phục sự cố kỹ thuật. Điểm đặc thù của tài liệu là định hướng đào tạo thực hành với 29 giờ thực hành, bài tập và thảo luận trên tổng số 45 giờ đào tạo, kết hợp việc khai thác các thiết bị phát lực cơ - điện chuyên dụng trong công tác khoan thăm dò và khai thác dầu khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua 3 bài học có tính liên kết chặt chẽ:

  • Bài 1: Tổng quan về hệ thống phát lực (Thời lượng: 2 giờ Lý thuyết): Trình bày chức năng biến đổi nhiệt năng và điện năng thành cơ năng phục vụ công nghệ khoan; sơ đồ khối và nguyên lý tổ hợp hệ thống; phân loại các hệ thống truyền dẫn động năng (phương pháp truyền tải cơ năng và truyền tải điện năng); các phương pháp dẫn động cơ khí cơ bản (bộ truyền đai phẳng, đai thang, đai răng, đai lược; bộ truyền bánh răng trụ, răng nghiêng, chữ V, răng nón; bộ truyền xích ống con lăn, xích răng; bộ truyền trục vít bánh vít, bánh ma sát, vít đai ốc); các phương pháp dẫn động tổ hợp thiết bị khoan (dẫn động chung, dẫn động riêng, ghép nhiều động cơ).
  • Bài 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phát lực (Thời lượng: 12 giờ - 11 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra lý thuyết): Khảo sát cấu tạo và nguyên lý của các nguồn động lực chính gồm động cơ Diesel 4 kỳ (xylanh, piston, trục khuỷu, cơ cấu phân phối khí, hệ thống bôi trơn, làm mát), động cơ điện không đồng bộ 3 pha (stator, rotor lồng sóc, rotor dây quấn), máy phát điện Diesel và tổ hợp máy phát điện turbine khí (gồm máy nén khí, buồng đốt gia nhiệt đẳng áp và turbine giãn nở sinh công). Đồng thời, bài học mô tả chi tiết hệ thống truyền lực trung gian: côn thủy lực (loại chu kỳ hở và chu kỳ kín), côn thủy lực biến đổi mômen, các dạng côn ly hợp (côn vấu cơ học, côn hơi dạng tang, côn hơi dạng đĩa) và hộp truyền động 3 cấp tốc độ của tời khoan.
  • Bài 3: Vận hành hệ thống phát lực (Thời lượng: 31 giờ - 1 giờ lý thuyết, 29 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra thực hành): Cung cấp các quy trình khởi động, kiểm tra thông số và dừng máy đối với động cơ Diesel, động cơ điện 3 pha, tổ máy phát điện; kỹ thuật điều khiển tốc độ trục khuỷu diesel, điều tốc turbine khí, thay đổi tần số/chiều quay động cơ điện; các phương pháp kiểm tra, phát hiện và xử lý sự cố quá nhiệt, sụt áp, rung động, trượt côn hoặc hỏng hóc cơ cấu truyền động.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình trang bị hệ thống lý thuyết kỹ thuật cơ sở và công thức tính toán chuyên ngành:

  • Nguyên lý nhiệt động lực học và chu trình sinh công: Phân tích chu trình 4 kỳ của động cơ Diesel (nạp, nén, nổ - giãn nở sinh công, xả) với các thông số áp suất cuối kỳ nén ($0{,}9 - 1{,}5\text{ MPa}$), nhiệt độ nén ($600 - 750\text{ K}$), áp suất xả ($0{,}11 - 0{,}12\text{ MPa}$) và công thức xác định công suất có ích: $$N_e = \frac{M_e \cdot n}{9570} \quad (\text{kW})$$ Trong đó $M_e$ là mômen xoắn $(\text{N}\cdot\text{m})$, $n$ là tần số quay của trục khuỷu $(\text{vòng/phút})$.
  • Nguyên lý biến đổi năng lượng điện - từ: Thiết lập cơ chế tạo từ trường quay và dòng điện cảm ứng trong động cơ không đồng bộ 3 pha theo công thức tốc độ từ trường $n_1 = \frac{60 f_1}{p}$ và hệ số trượt $s = \frac{n_1 - n}{n_1}$. Đối với máy phát điện đồng bộ Diesel và turbine khí, giáo trình phân tích mối liên hệ giữa tần số dòng điện sinh ra $f = \frac{p \cdot n}{60}$, cấu tạo cuộn dây stator quấn theo kiểu Roebel và cơ chế kích từ một chiều cho rotor cực ẩn hoặc cực lồi.
  • Nguyên lý truyền động cơ học và thủy động lực học: Cung cấp phương pháp xác định tỷ số truyền $u = \frac{n_1}{n_2}$, hiệu suất $\eta = \frac{P_2}{P_1}$, mômen xoắn $T$ và vận tốc vòng $v$ cho các bộ truyền đai, xích, bánh răng; nguyên lý trao đổi động năng giữa rotor bơm và rotor turbine thông qua chất lỏng công tác trong côn thủy lực.

Kỹ năng phát triển

Thông qua các bài tập và thực hành, giáo trình hình thành cho sinh viên các nhóm kỹ năng:

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Nhận dạng, phân tích sơ đồ động học hệ thống phát lực; kiểm tra các cơ cấu truyền động đai, xích, bánh răng; thao tác quy trình đóng ngắt côn ly hợp cơ khí và côn khí nén (côn tang, côn đĩa); vận hành các tổ máy Diesel và máy phát điện theo đúng quy chuẩn công nghệ.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đo đạc, giám sát các thông số làm việc của hệ thống (tần số dòng điện, áp suất buồng đốt, nhiệt độ khí thải turbine, tỷ số truyền); phát hiện các hiện tượng sai lệch thông số như sụt áp máy phát, trượt đai truyền, rung lắc trục truyền động và quá nhiệt cục bộ.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Thực hiện quy trình phối hợp công suất nhiều động cơ trên sàn khoan; điều chỉnh tốc độ động cơ Diesel và turbine khí theo sự thay đổi của tải trọng công nghệ; áp dụng các giải pháp cách ly, xử lý sự cố động cơ và thiết bị truyền động nhằm bảo đảm an toàn vận hành.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp tiếp cận sư phạm

Giáo trình định hướng áp dụng phương pháp dạy học tích cực. Đối với phần lý thuyết (14 giờ), giảng viên sử dụng phương pháp thuyết trình có định hướng kết hợp nêu vấn đề, phân tích sơ đồ nguyên lý và đặt câu hỏi thảo luận kỹ thuật. Người dạy chịu trách nhiệm thiết kế bài giảng gắn liền hình vẽ cấu tạo chi tiết (như mặt cắt xylanh, sơ đồ đấu dây rotor/stator, kết cấu côn đĩa) với điều kiện vận hành thực tế tại giàn khoan.

Bài tập, tình huống và thực hành

  • Tổ chức thảo luận nhóm: Sinh viên được phân chia thành các nhóm nhỏ từ 2 đến 3 người. Nhóm trưởng phân công thành viên nghiên cứu từng phần của chủ đề được giao trước buổi học, tiến hành thảo luận, ghi chép và tổng hợp báo cáo nhóm để trình bày trước lớp.
  • Thực hành trên mô hình mô phỏng: Thực hiện 29 giờ thực hành tại phòng mô hình mô phỏng khoan dầu khí và phòng mô phỏng lọc khai thác dầu khí của nhà trường. Nội dung thực hành bao gồm quy trình đóng ngắt liên động các bộ truyền, thao tác điều chỉnh chế độ công tác của động cơ điện 3 pha và vận hành máy phát điện diesel hòa đồng bộ.
  • Xử lý tình huống kỹ thuật: Giải quyết các bài toán tình huống về phân bổ tải khi một trong các động cơ trong cụm tổ hợp ngừng hoạt động; xử lý hiện tượng quá tải nhiệt của khí cháy trong buồng đốt turbine; căn chỉnh khoảng cách trục và lực căng của bộ truyền đai/xích.

Phương pháp kiểm tra và đánh giá

Quy trình đánh giá kết quả học tập tuân thủ Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, cụ thể như sau:

Thành phần đánh giá Phương pháp & Hình thức kiểm tra Chuẩn đầu ra Thời điểm kiểm tra Trọng số
Kiểm tra thường xuyên Hỏi đáp, vấn đáp, trắc nghiệm, bài viết tự luận A1 Trước mỗi buổi học hoặc sau mỗi 2 giờ giảng 40% (kết hợp với ĐK)
Kiểm tra định kỳ Viết tự luận, trắc nghiệm, thao tác trên mô hình A1, B1, C1 Sau mỗi 15 giờ lý thuyết hoặc sau 30 giờ thực hành (Hệ số 2)
Thi kết thúc mô đun Bài thi viết kết hợp lý thuyết và thực hành trên mô hình A1, B1, C1 Sau khi hoàn thành đủ 45 giờ đào tạo 60%

Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc mô đun được chấm theo thang điểm 10, tính điểm tổng kết mô đun và làm tròn đến một chữ số thập phân.

Hướng dẫn tự học và điều kiện tham dự

Người học phải nghiên cứu giáo trình và các tài liệu tham khảo được cung cấp trước khi đến lớp. Quy định điều kiện dự thi nêu rõ: sinh viên phải tham gia tối thiểu 70% tổng số tiết lý thuyết và 100% các buổi thực hành. Trường hợp vắng quá 30% lý thuyết hoặc vắng bất kỳ buổi thực hành nào (>0%), sinh viên bắt buộc phải học lại mô đun mới đủ điều kiện dự thi đánh giá kết quả.

Điểm nổi bật và cập nhật nội dung

  • Tính chuẩn hóa theo chương trình nghề quốc gia: Nội dung mô đun được biên soạn bám sát khung chương trình đào tạo nghề Khoan khai thác dầu khí do Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội ban hành, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngành.

  • Tích hợp các công nghệ truyền động hiện đại: Giáo trình cập nhật cấu trúc máy phát điện turbine khí 3 trục (gồm trục hạ áp, trục cao áp và trục turbine lực) kết hợp giải pháp thu hồi nhiệt khí xả qua nồi hơi phụ trợ nhằm nâng cao hiệu suất chu trình nhiệt. Đồng thời, tài liệu phân tích công nghệ truyền tải điện – diesel hiện đại sử dụng bộ đổi chiều, cho phép đưa động cơ phát lực ra xa sàn khoan để giảm tiếng ồn và tăng tính an toàn lao động.

  • Gắn kết cấu trúc truyền động với các thiết bị công nghệ: Hệ thống truyền lực trung gian được mô tả chi tiết theo chức năng cung cấp cơ năng cho các cụm máy công tác chủ lực trong khoan khai thác gồm: tời khoan (thông qua hộp số 3 cấp tốc độ bánh răng - xích), bàn quay rôto và máy bơm dung dịch (thông qua bộ truyền đai bản lớn hoặc xích tải).

  • Ứng dụng vật liệu và chi tiết tiêu chuẩn: Tài liệu đưa vào các thông số kích thước tiêu chuẩn của đai phẳng (chiều rộng $b$ từ $20 - 100\text{ mm}$, chiều dày $h$ từ $3 - 7\text{ mm}$), đai thang nhiều sợi, xích con lăn tiêu chuẩn hóa cao và kết cấu cuộn dây stator quấn bện kiểu Roebel chịu ứng suất nhiệt - điện cao áp.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Tài liệu phục vụ trực tiếp cho sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở đào tạo kỹ thuật liên quan.
  • Điều kiện tiên quyết đối với người học: Sinh viên cần hoàn thành các môn học đại cương và cơ sở kỹ thuật gồm Điện kỹ thuật cơ bản (KTĐ19MH11), Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ12), Địa chất cơ sở (KKT19MH31), Địa chất dầu khí (KKT19MH32), Cơ sở khoan (KKT19MH33) và Cơ sở khai thác (KKT19MH34).
  • Giảng viên chuyên nghiệp: Làm căn cứ xây dựng đề cương chi tiết, giáo án thực hành, phân bổ thời lượng 14 giờ lý thuyết và 29 giờ thực hành, cũng như chuẩn bị ngân hàng câu hỏi kiểm tra thường xuyên, định kỳ và đề thi kết thúc mô đun.
  • Cán bộ kỹ thuật và công nhân vận hành: Sử dụng làm tài liệu tham khảo kỹ thuật phục vụ công tác tra cứu cấu tạo máy phát điện diesel, turbine khí, nguyên lý hoạt động của côn khí nén và quy trình xử lý sự cố trong vận hành trạm nguồn giàn khoan.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí, giảng viên giảng dạy mô đun thiết bị mỏ - dầu khí và kỹ thuật viên cần nắm vững quy trình vận hành hệ thống cung cấp năng lượng trên công trình khoan.

2. Người học cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun?

Người học cần tích lũy kiến thức từ các môn học kỹ thuật cơ sở và chuyên môn: Điện kỹ thuật cơ bản, Cơ sở điều khiển quá trình, Địa chất dầu khí, Cơ sở khoan và Cơ sở khai thác dầu khí để có thể hiểu rõ các nguyên lý điện - từ, nhiệt động học và công nghệ giếng khoan.

3. Điểm khác biệt giữa giáo trình này với các tài liệu Cơ học máy đại cương là gì?

Tài liệu tập trung trực tiếp vào các tổ hợp thiết bị nguồn và truyền động đặc thù trong công nghệ dầu khí: động cơ Diesel công suất lớn, máy phát điện turbine khí đa trục, hệ thống truyền lực điện - diesel, cụm côn thủy lực biến mô và hộp số tời khoan 3 cấp tốc độ, thay vì chỉ trình bày các cơ cấu cơ khí tổng quát.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Sinh viên cần nghiên cứu lý thuyết chu trình nhiệt và nguyên lý máy điện trước giờ lên lớp; tham gia đầy đủ 100% thời lượng 29 giờ thực hành trên mô hình mô phỏng; chủ động làm việc nhóm (2-3 người) để giải quyết các chủ đề thảo luận và bài tập tính toán thông số truyền động ($u, \eta, N_e, f, s$).

5. Giáo trình đề xuất những tài liệu tham khảo bổ trợ nào?

Tài liệu dẫn chiếu trực tiếp đến 3 nguồn tham khảo chính:

  1. Thiết bị khoan – Trường Cao đẳng nghề Dầu khí.
  2. Thiết bị khoan thăm dò – Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội.
  3. Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh (1999), Kỹ thuật điện, Nhà xuất bản Giáo dục.

Kết luận

Giáo trình mô đun Hệ thống phát lực (KKT19MĐ38) xác lập khối kiến thức toàn diện về cấu tạo, nguyên lý làm việc và quy trình vận hành các nguồn sinh lực (Diesel, Động cơ điện 3 pha, Máy phát điện, Turbine khí) cùng hệ thống truyền lực trung gian (Côn thủy lực, Côn khí nén, Hộp số tời) trong công tác khoan dầu khí.

Trong lộ trình đào tạo nghề Khoan khai thác dầu khí, mô đun là mắt xích chuyển tiếp từ khối kỹ thuật cơ sở sang các mô đun chuyên môn nâng cao như Hệ thống nâng hạ (KKT19MĐ40), Hệ thống tuần hoàn dung dịch (KKT19MĐ41), Vận hành chuỗi cần khoan (KKT19MĐ42) và Hệ thống kiểm soát giếng khoan (KKT19MĐ44, KKT19MĐ45). Việc kết hợp giữa giáo trình và hệ thống phòng thực hành mô phỏng khoan - khai thác dầu khí tạo điều kiện cho người học đáp ứng các tiêu chuẩn chức danh nghề nghiệp kỹ thuật viên vận hành công trình khoan.