Tổng quan về giáo trình

  • Môn học và vị trí trong chương trình đào tạo: Giáo trình Máy phụ và các hệ thống trên tàu thủy (mã số mô đun: MĐ 19) là mô đun chuyên môn nghề bắt buộc thuộc chương trình đào tạo ngành Sửa chữa máy tàu thủy (ban hành theo khung đào tạo nghề của Trường Cao đẳng Cơ giới Quảng Ngãi). Mô đun có thời lượng 45 giờ (2 tín chỉ), phân bổ gồm 30 giờ lý thuyết, 13 giờ thực hành/thảo luận và 2 giờ kiểm tra. Trong tiến trình đào tạo tổng thể 1920 giờ của ngành, mô đun MĐ 19 được bố trí giảng dạy sau các môn học cơ sở kỹ thuật và môn Động cơ Diesel tàu thủy 1 (MH 18), Động cơ Diesel 2, đóng vai trò làm nền tảng chuyên môn tiên quyết để người học tiếp thu các mô đun thực hành sửa chữa chuyên sâu tiếp theo như sửa chữa máy nén khí (MĐ 27), sửa chữa hệ thống bôi trơn (MĐ 29), sửa chữa hệ thống làm mát (MĐ 30), sửa chữa máy phân ly dầu - nước (MĐ 32), sửa chữa hệ thống lái (MĐ 37) và hệ trục tàu thủy (MĐ 39).
  • Mục tiêu học tập (Learning Outcomes): Về kiến thức, giáo trình cung cấp lý thuyết quá trình công tác của động cơ và máy thủy lực, nguyên lý làm việc của các hệ thống phục vụ trên tàu thủy, ứng dụng cụ thể của các thiết bị cơ khí - thủy lực phụ trợ. Về kỹ năng, người học có năng lực tính toán, xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của thiết bị thủy lực (lưu lượng, cột áp, công suất, hiệu suất, hệ số quay nhanh), nhận dạng kết cấu và hình thành quy trình vận hành an toàn các cụm máy phụ. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm, giáo trình định hình ý thức chấp hành nghiêm túc quy trình, quy chuẩn kỹ thuật chuyên ngành hàng hải và an toàn lao động.
  • Cấu trúc và cách tiếp cận: Nội dung giáo trình do tác giả Ngô Minh Việt chủ biên, được phân chia thành 5 chương trọng tâm theo phương pháp tiếp cận mô đun hóa tích hợp:
    1. Chương 1: Tổng quan về máy phụ và các hệ thống trên tàu thủy (2 giờ).
    2. Chương 2: Bơm (10 giờ: 6 giờ lý thuyết, 3 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra).
    3. Chương 3: Thiết bị trao nhiệt (8 giờ: 7 giờ lý thuyết, 1 giờ thực hành).
    4. Chương 4: Thiết bị trên boong (11 giờ: 9 giờ lý thuyết, 2 giờ thực hành).
    5. Chương 5: Các hệ thống phục vụ (14 giờ: 6 giờ lý thuyết, 7 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra).
  • Điểm đặc sắc của giáo trình: Tài liệu kết hợp giữa phân tích cơ sở lý thuyết cơ học chất lỏng ứng dụng với việc mô tả trực quan cấu tạo thiết bị qua sơ đồ mặt cắt cơ khí thực tế (bơm ly tâm, bơm xoáy, bơm bánh răng, bơm piston hướng trục, thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm PHE và ống chùm), gắn liền các yêu cầu vận hành với các công ước và quy chuẩn kỹ thuật an toàn hàng hải quốc tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

                             GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN MĐ 19
                   (Máy phụ và các hệ thống trên tàu thủy)
 Chương 1           Chương 2             Chương 3           Chương 4          Chương 5
(Tổng quan)          (Bơm)             (Trao nhiệt)      (TB trên boong)    (Hệ thống phục vụ)

Các chương và chủ đề chính

  • Chương 1: Tổng quan về máy phụ và các hệ thống trên tàu thủy: Xác định định nghĩa máy phụ bao gồm toàn bộ máy móc, thiết bị động lực trên tàu (ngoại trừ máy chính và nồi hơi chính) phục vụ hệ thống động lực, sinh hoạt, điều động, an toàn và xếp dỡ. Phân nhóm hệ thống tàu thành hệ thống thông dụng (nước dằn, la canh, cứu hỏa, nước sinh hoạt, thông gió, xử lý nước thải, xử lý rác/dầu cặn) và hệ thống chuyên dùng (bốc rót hàng lỏng trên tàu dầu, hóa chất). Hệ thống hóa các yêu cầu kỹ thuật: độ tin cậy, hiệu suất kinh tế, trọng lượng - kích thước gọn nhẹ, khả năng tự động hóa và tính tiêu chuẩn hóa.
  • Chương 2: Bơm: Trình bày định nghĩa biến đổi năng lượng và phân loại máy thủy lực thành máy thủy lực thể tích và máy thủy lực cánh dẫn. Phân tích các thông số làm việc cốt lõi: lưu lượng $Q$ ($m^3/s, l/s, m^3/h$), công suất hữu ích, công suất trên trục, công suất động cơ, chiều cao áp lực toàn phần $H$, hiệu suất $\eta$, và hệ số quay nhanh:

$$n_s = 3.65 \cdot n \cdot \frac{\sqrt{Q}}{H^{3/4}}$$

Bên cạnh đó, chương tập trung phân tích hiện tượng xâm thực (Cavitation), nguyên nhân do áp suất chất lỏng giảm xuống dưới áp suất bốc hơi bão hòa ($p \le p_{bh}$), sự sụt giảm cột áp hút khả dụng ($NPSHa$) so với cột áp hút yêu cầu ($NPSHr$), cùng các biện pháp ngăn ngừa. Khảo sát cấu tạo và nguyên lý của các dòng bơm: bơm ly tâm (buồng xoắn ốc, bánh công tác hở/kín), bơm hướng trục, bơm xoáy, bơm phụt (Ejector), bơm piston, bơm bánh răng (ăn khớp trong, ăn khớp ngoài), bơm trục vít (trục xoắn ruột gà), bơm cánh gạt, và bơm piston rotor (hướng kính, hướng trục đĩa nghiêng/trục cong).

  • Chương 3: Thiết bị trao nhiệt: Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt trực tiếp và gián tiếp; phân tích đặc tính vật liệu kim loại, gốm sứ, composite, ống carbon nano. Khảo sát kết cấu 3 dạng thiết bị trao đổi nhiệt: ống lồng ống, ống chùm (Shell and Tube) và dạng tấm phẳng (PHE - Plate Heat Exchanger). Xác định các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu suất truyền nhiệt: độ chênh lệch nhiệt độ, tốc độ dòng chảy, bố trí dòng chảy ngược chiều (counter-flow). Khái quát chức năng làm mát dầu nhờn, làm mát nước ngọt máy chính, hâm dầu FO, hâm nước cấp nồi hơi, làm mát khí tăng áp và sinh hàn ngưng tụ.
  • Chương 4: Thiết bị trên boong: Khảo sát nguyên lý và kết cấu cụm thiết bị máy neo, tời neo phục vụ thả neo, kéo neo; cơ cấu thiết bị cứu sinh (cẩu xuồng cứu sinh, tời hạ xuồng); cấu tạo và nguyên lý vận hành của lò đốt rác (Incinerator) phục vụ xử lý chất thải rắn và dầu cặn theo quy định hàng hải.
  • Chương 5: Các hệ thống phục vụ: Khảo sát cấu tạo, sơ đồ nguyên lý và quy trình công tác của 11 hệ thống đường ống trên tàu: hệ thống lái thủy lực; hệ thống nhiên liệu (cung cấp, chuyển tiếp FO/DO); hệ thống dầu bôi trơn cưỡng bức; hệ thống hút khô (La canh/Bilge) tích hợp máy phân ly dầu - nước (Oily-Water Separator) kiểm soát giới hạn xả thải không vượt quá 15 phần triệu (15 ppm); hệ thống nước dằn (Ballast); hệ thống nước bẩn; hệ thống nước sinh hoạt (nước ngọt, nước mặn vệ sinh) và làm mát; hệ thống cứu hỏa (chữa cháy bằng nước, hệ thống CO2, bình dập cháy xách tay, hệ thống khí trơ Inert Gas); hệ thống thông gió và điều hòa không khí; hệ thống khí nén khởi động và điều khiển; hệ thống chưng cất nước ngọt chân không tận dụng nhiệt nước làm mát động cơ.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết thủy lực và truyền nhiệt: Dựa trên phương trình bảo toàn năng lượng và phương trình dòng chảy Bernoulli để giải thích biến đổi động năng và thế năng trong buồng xoắn và ống khuếch tán. Ứng dụng lý thuyết truyền nhiệt gián tiếp qua vách ngăn kim loại để tính toán cân bằng nhiệt giữa lưu chất nóng và lưu chất lạnh.
  • Nguyên lý cân bằng và an toàn tàu thủy: Nguyên lý vận hành các hệ thống dằn và hút khô để duy trì tính ổn định, trạng thái cân bằng (chống nghiêng, chống chúi) và nâng cao hiệu suất lực đẩy của chân vịt khi tàu hành trình không tải hoặc gặp thời tiết bất lợi.
  • Tiêu chuẩn môi trường biển: Cơ sở công nghệ phân ly dầu - nước la canh bằng lực ly tâm/trọng lực kết hợp lọc thứ cấp đáp ứng giới hạn nồng độ dầu trong nước xả mạn $\le 15\text{ ppm}$ theo tiêu chuẩn hàng hải quốc tế.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đọc và phân tích bản vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thống đường ống tàu thủy; tính toán thông số cột áp, lưu lượng dòng chảy và công suất bơm; thực hiện đúng các thao tác chuẩn bị, mồi bơm, khởi động, điều chỉnh van phân phối và dừng hệ thống máy phụ.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Nhận diện các hiện tượng bất thường trong khai thác như hiện tượng búa nước, hiện tượng xâm thực qua tiếng ồn/rung động cơ học; phân tích nguyên nhân tụt áp suất dầu bôi trơn hoặc quá nhiệt nước làm mát qua các thông số cảm biến đo lường.
  • Năng lực thực hành (Practical competencies): Nhận dạng chính xác các chi tiết tĩnh và chi tiết chuyển động trên mô hình cắt bổ (bánh răng, piston, đĩa nghiêng, cụm gioăng làm kín ma sát); kiểm tra độ kín khít cổ trục, điều chỉnh độ lệch tâm $e$ của bơm rotor, thay thế đệm kín và bảo dưỡng cơ bản bề mặt tấm truyền nhiệt PHE.

Phương pháp giảng dạy và học tập

  • Phương pháp sư phạm tích cực (Pedagogical Approach): Áp dụng phương thức đào tạo tích hợp kết hợp giữa thuyết trình ngắn, diễn giảng định hướng vấn đề với thị phạm thực hành. Giảng viên sử dụng hệ thống máy chiếu (projector), máy vi tính, tranh vẽ kỹ thuật và phần mềm mô phỏng không gian để minh họa dòng chảy lưu chất, quá trình nén và chu trình trao đổi nhiệt.
  • Thực hành và bài tập xưởng (Practical Exercises): Phân chia học viên thành các nhóm nhỏ (2–3 người). Người học thực hiện việc quan sát, tháo lắp mô hình cắt bổ các loại bơm thể tích (piston, bánh răng, cánh gạt), thao tác trực tiếp trên máy thủy lực và hệ thống đường ống thực nghiệm trong xưởng cơ khí - động lực. Giảng viên thực hiện thao tác mẫu, giám sát an toàn và sửa sai kỹ thuật trực tiếp tại vị trí thực hành.
  • Phương pháp kiểm tra và đánh giá: Tuân thủ Quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. Quy trình đánh giá gồm hai phần:
    • Điểm đánh giá quá trình (trọng số 40%): Bao gồm 01 cột kiểm tra thường xuyên (sau 2 giờ học lý thuyết, hình thức hỏi miệng/viết ngắn đạt chuẩn A1, C1, C2) và 03 cột kiểm tra định kỳ (sau 12 giờ học, hình thức viết tự luận, trắc nghiệm kết hợp thực hành thao tác trên mô hình đạt chuẩn A2, B1, C1, C2).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (trọng số 60%): Tổ chức sau 45 giờ học theo hình thức vấn đáp lý thuyết kết hợp thao tác thực hành trực tiếp trên mô hình thiết bị máy phụ (đánh giá tổng hợp các chuẩn đầu ra A1, A2, A3, B1, B2, C1, C2). Điểm chấm theo thang điểm 10 (làm tròn đến 1 chữ số thập phân) và quy đổi sang điểm chữ theo hệ thống đào tạo tín chỉ.
  • Hướng dẫn tự học (Self-study Guidelines): Học viên bắt buộc phải nghiên cứu trước nội dung tài liệu và bài giảng trước khi đến lớp; nhóm trưởng chịu trách nhiệm điều phối các thành viên chuẩn bị chuyên đề thảo luận; tham dự tối thiểu 70% tổng thời lượng các giờ giảng tích hợp (người học vắng mặt quá 30% thời lượng sẽ không đủ điều kiện dự thi và phải học lại mô đun).

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Cấu trúc tích hợp chuyên ngành: Giáo trình được chuẩn hóa theo mã mô đun MĐ 19, đồng bộ hóa trực tiếp với 40 môn học/mô đun trong toàn bộ chương trình khung nghề Sửa chữa máy tàu thủy. Cách phân bổ nội dung đi từ nền tảng máy thủy lực đến từng cụm thiết bị cơ khí và tích hợp thành hệ sinh thái các hệ thống đường ống hoàn chỉnh trên tàu.
  • Cập nhật công nghệ thiết bị hiện đại: Bổ sung chi tiết kết cấu của các thiết bị tiên tiến trong ngành đóng tàu hiện nay như:
    • Bơm piston hướng trục kiểu đĩa nghiêng và trục cong (Bent axis) có hiệu suất cao, tỷ lệ trọng lượng trên công suất nhỏ hơn 2–3 lần so với bơm piston hướng kính.
    • Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm phẳng PHE (Plate Heat Exchanger) với hệ số truyền nhiệt $U$ cao, công suất nhiệt gấp 5 lần so với kích thước hình học, vật liệu chịu môi trường nước biển và hóa chất.
    • Bơm phụt (Ejector) ứng dụng cho hệ thống vét đáy két hàng, hút chân không buồng bốc hơi và hệ thống đẩy ngang.
  • Tính kết nối thực tiễn và tiêu chuẩn ngành: Gắn liền lý thuyết với các tiêu chuẩn vận hành thực tế của đội tàu thương mại:
    • Xử lý nước đáy tàu qua máy phân ly dầu - nước đảm bảo nồng độ xả thải ra môi trường biển không vượt quá $15\text{ ppm}$.
    • Hệ thống cứu hỏa chuyên dụng kết hợp linh hoạt giữa phương pháp dùng nước, hệ thống tràn ngập khí trơ (Inert Gas System) và CO2 cho tàu chở dầu, hóa chất.
    • Hệ thống chưng cất nước ngọt hoạt động dưới điều kiện áp suất chân không thấp để tận dụng nhiệt thải từ nước làm mát động cơ Diesel.
  • Tài liệu tham khảo chuyên ngành tiêu chuẩn: Giáo trình kế thừa và trích xuất dữ liệu kỹ thuật từ các tài liệu học thuật trong và ngoài nước:
    • Máy phụ tàu thủy – Nguyễn Đức Ca (NXB Giáo dục Việt Nam, 2013).
    • Máy Thủy Lực Thể Tích Các Phần Tử Thủy Lực Và Cơ Cấu Điều Khiển Trợ Động – Hoàng Thị Bích Ngọc (NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2007).
    • Giáo trình chuyên ngành – Hoàng Đình Dũng, Hoàng Văn Tân, Vũ Hữu Hải, Nguyễn Thượng Băng (NXB Xây dựng, 2001).
    • Marine Auxiliary Machinery (Great Britain, 1997).
    • Hydraulics of pipeline systems (CRC Press, 1999).

Đối tượng sử dụng giáo trình

                    ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG GIÁO TRÌNH MĐ 19
Học sinh - Sinh viên              Giảng viên                      Kỹ thuật viên
• Nghề Sửa chữa máy tàu thủy      • Giảng dạy mô đun MĐ 19         • Thợ máy, cán bộ kỹ thuật
• Khai thác máy tàu thủy          • Biên soạn giáo án tích hợp     • Tự học, tra cứu quy trình
• Trình độ: Trung cấp / CĐ        • Thiết kế bài tập xưởng         • Bảo dưỡng máy phụ trên tàu
  • Học sinh, sinh viên: Áp dụng trực tiếp cho học sinh trình độ Trung cấp và sinh viên Cao đẳng/Đại học thuộc khối ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực, Sửa chữa máy tàu thủy, Khai thác máy tàu thủy.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần nền tảng cơ sở và chuyên môn chung:
    • Vẽ kỹ thuật (MH 07) và Vẽ trong AutoCAD (MĐ 14).
    • Cơ kỹ thuật (MH 08) và Vật liệu cơ khí (MH 09).
    • Dung sai và đo lường kỹ thuật (MH 10).
    • An toàn lao động và bảo vệ môi trường (MH 11).
    • Động cơ Diesel tàu thủy 1 (MH 18).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm khung tài liệu chuẩn để xây dựng kế hoạch bài dạy, giáo án tích hợp lý thuyết - thực hành, ngân hàng câu hỏi kiểm tra vấn đáp, phiếu đánh giá kỹ năng thực hành xưởng và chuẩn bị mô hình dạy học.
  • Cán bộ kỹ thuật và tự học: Tài liệu phục vụ cho thợ máy tàu thủy, công nhân kỹ thuật tại các nhà máy đóng tàu, cơ sở sửa chữa cơ khí thủy lực tự tra cứu thông số kỹ thuật, cấu tạo chi tiết máy phụ và quy tắc vận hành an toàn các hệ thống đường ống trên tàu.

Câu hỏi thường gặp

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

Giáo trình được thiết kế chuyên biệt cho học sinh, sinh viên theo học nghề Sửa chữa máy tàu thủy ở trình độ Trung cấp, Cao đẳng nghề và là tài liệu tham khảo cho sinh viên các ngành kỹ thuật cơ khí động lực thủy, cán bộ kỹ thuật vận hành máy tàu biển.

2. Người học cần có kiến thức nền tảng nào trước khi tiếp cận mô đun?

Người học cần trang bị kiến thức cơ bản về cơ học kỹ thuật, vẽ kỹ thuật cơ khí, vật liệu học, dung sai đo lường, an toàn lao động và đã hoàn thành môn học Động cơ Diesel tàu thủy 1 để hiểu rõ mối quan hệ tương hỗ giữa máy chính và các hệ thống máy phụ trợ.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu lý thuyết thủy lực thông thường?

Tài liệu tập trung trực tiếp vào các ứng dụng thực tế trên tàu thủy với tính chất tích hợp mô đun chuyên nghiệp: vừa cung cấp công thức tính toán thủy lực, vừa mô tả chi tiết cơ cấu hình học thực tế (mặt cắt buồng bơm, cánh dẫn, đĩa nghiêng, tấm trao đổi nhiệt) và gắn liền với 11 hệ thống đường ống đặc thù trên tàu thủy.

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

Người học cần đọc trước nội dung lý thuyết từng chương, tự vẽ lại sơ đồ nguyên lý hoạt động của các loại máy bơm và thiết bị trao đổi nhiệt, kết hợp quan sát mô hình cắt bổ thực tế tại xưởng thực hành và đối chiếu với sơ đồ hệ thống đường ống để hiểu rõ chu trình vận hành.

5. Giáo trình có những tài liệu bổ trợ và điều kiện học tập nào đi kèm?

Đi kèm với giáo trình là hệ thống học liệu gồm mô hình thực hành cắt bổ các loại bơm, động cơ thủy lực, bộ dụng cụ chuyên dụng nghề sửa chữa máy tàu thủy, video clip mô phỏng nguyên lý dòng chảy, hệ thống phiếu kiểm tra đánh giá và danh mục tài liệu tham khảo chuyên ngành (các sách của tác giả Nguyễn Đức Ca, Hoàng Thị Bích Ngọc, giáo trình NXB Xây dựng và tài liệu quốc tế Marine Auxiliary Machinery).

Kết luận

  • Giá trị cốt lõi của giáo trình: Giáo trình Máy phụ và các hệ thống trên tàu thủy (MĐ 19) hệ thống hóa toàn diện các kiến thức nền tảng về cơ chế truyền động thủy lực, thiết bị trao đổi nhiệt và mạng lưới hệ thống phục vụ kỹ thuật trên phương tiện thủy. Nội dung giáo trình đảm bảo tính khoa học, chuẩn xác về mặt cơ khí động lực và tuân thủ các quy định an toàn hàng hải.
  • Lộ trình học tập tiếp theo: Sau khi hoàn thành mô đun MĐ 19, người học tiếp tục phát triển kỹ năng qua các mô đun sửa chữa chuyên biệt trong chương trình đào tạo:
    • Sửa chữa máy nén khí (MĐ 27).
    • Sửa chữa hệ thống nhiên liệu Diesel (MĐ 28), hệ thống bôi trơn (MĐ 29), hệ thống làm mát (MĐ 30).
    • Sửa chữa máy phân ly dầu - nước (MĐ 32), máy lọc dầu (MĐ 33).
    • Sửa chữa hệ thống lái (MĐ 37), hệ thống tời (MĐ 38), hệ trục tàu thủy (MĐ 39) và hoàn thành học phần Thực tập tốt nghiệp (MĐ 40).
  • Nguồn tài liệu học tập bổ trợ: Người học được khuyến nghị nghiên cứu mở rộng thông qua các giáo trình chuyên ngành máy thủy lực thể tích (Hoàng Thị Bích Ngọc, 2007), máy phụ tàu thủy (Nguyễn Đức Ca, 2013), các quy chuẩn quy phạm phân cấp và đóng tàu biển quốc gia cùng các tài liệu tiêu chuẩn quốc tế liên quan (Marine Auxiliary Machinery, Hydraulics of pipeline systems).