Tổng quan về giáo trình

Giáo trình MĐ25: Vận hành công trình thu nước và trạm bơm là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề thuộc chương trình đào tạo nghề Điện nước ở trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề. Giáo trình do Khoa Xây dựng thuộc Trường Cao đẳng Cơ điện xây dựng Việt Xô (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) biên soạn năm 2018 tại Ninh Bình, căn cứ theo khung chương trình của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội. Trong cấu trúc phân phối chương trình đào tạo nghề Điện nước, mô-đun MĐ25 được bố trí giảng dạy sau mô-đun Lắp đặt đường ống cấp thoát nước.

Mô-đun có tổng thời lượng đào tạo là 60 giờ, được phân bổ thành: 15 giờ lý thuyết, 43 giờ thực hành/thí nghiệm/thảo luận và 2 giờ kiểm tra định kỳ. Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định trên ba phương diện cụ thể:

  • Về kiến thức: Cung cấp quy trình vận hành công trình thu nước và các trạm bơm; nguyên lý làm việc của hệ thống thiết bị cơ khí, thiết bị điện; quy chuẩn giao nhận ca và phương pháp đo kiểm các chỉ số kỹ thuật thực tế.
  • Về kỹ năng: Hình thành năng lực lựa chọn và sử dụng dụng cụ, thiết bị đo; thực hiện đúng quy trình khởi động, điều tiết, dừng máy; xử lý các sự cố kỹ thuật thông thường phát sinh tại công trình thu và trạm bơm; tuân thủ quy tắc an toàn lao động và vệ sinh công nghiệp.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tính kỷ luật, sự cẩn trọng, khả năng làm việc độc lập và tính chuẩn xác trong thao tác kỹ thuật.

Cấu trúc giáo trình được tổ chức theo hình thức mô-đun tích hợp lý thuyết và thực hành, phân chia thành 3 bài học tương ứng với 3 mắt xích công nghệ chính trong hệ thống cấp nước: Công trình thu nước (Bài 1), Trạm bơm cấp 1 (Bài 2) và Trạm bơm cấp 2 (Bài 3). Điểm đặc thù của tài liệu là gắn kết trực tiếp giữa cấu tạo công trình thủy công với hệ thống thiết bị cơ điện, cung cấp các biểu mẫu giao ca, quy trình thao tác và bảng tiêu chí đánh giá kỹ năng nghề cụ thể.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Giáo trình triển khai toàn bộ khối lượng kiến thức qua 3 bài học lớn:

  • Bài 1: Vận hành công trình thu nước (12 giờ: 3 giờ lý thuyết, 9 giờ thực hành):

    • Khái niệm và phân loại nguồn nước: Phân tích đặc tính nguồn nước mặt (sông, suối, hồ chứa) và nguồn nước ngầm (mạch nông, mạch sâu, giếng phun). Nguyên tắc bố trí công trình thu nước mặt (đặt ở thượng lưu nguồn nước, phía bắc khu dân cư và khu công nghiệp, vị trí dòng chảy ổn định).
    • Kết cấu công trình thu nước mặt: Cấu tạo trạm thu nước ven bờ (loại kết hợp trạm bơm và loại phân ly; kết cấu bể chia nhiều gian gồm ngăn thu lắng cặn sơ bộ và ngăn hút bố trí ống hút, song chắn rác và lưới chắn rác; cửa thu mùa lũ phía trên và cửa thu mùa kiệt phía dưới) và công trình thu giữa lòng sông (miệng thu hình phao/loa có song chắn ngược cố định đáy sông, tuyến ống tự chảy về ngăn thu bờ, hệ thống phao cờ báo hiệu).
    • Kết cấu công trình thu nước ngầm: Đường hầm ngang thu nước ngầm nông; đường ống ngang thu nước đục lỗ thu gom về giếng tập trung có bố trí giếng thăm kiểm tra/thông hơi cách nhau 25–50 m; hệ thống giếng khoan khai thác mạch sâu.
    • Quy trình giao nhận ca và xử lý sự cố: Thủ tục bàn giao 10–15 phút; kiểm tra mực nước động và mực nước tĩnh; biện pháp kè bờ bằng đá hộc/bê tông cốt thép khi sạt lở ven sông; gia cố cọc rào và song chắn rác; sử dụng pa lăng xích/tời máy kéo tổ hợp bơm chìm giếng khoan để thay thế ống vách, ống lọc, ống lắng và bù đắp cát vàng hạt to chống sụt lún.

  • Bài 2: Vận hành trạm bơm cấp 1 (24 giờ: 6 giờ lý thuyết, 17 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra):

    • Nhiệm vụ và cấu tạo trạm bơm cấp 1: Bơm nước thô từ công trình thu đưa về bể lắng, bể chứa hoặc bể xử lý. Chế độ làm việc điều hòa (một bơm công tác, một bơm dự trữ).
    • Phân loại máy bơm nguồn: Máy bơm ly tâm trục ngang (hút nước nguồn có chiều cao hút hình học 4–8 m), máy bơm chìm và máy bơm trục đứng (guồng bơm đặt ngập dưới giếng, trục dẫn liên kết động cơ cố định bên trên).
    • Tính toán cột áp toàn phần của trạm bơm: Xác định theo công thức thủy lực: $$H = H_{hh} + h_h + h_đ$$ (Trong đó: $H_{hh}$ là chiều cao bơm nước hình học; $h_h$ là tổng tổn thất thủy lực trên đường ống hút; $h_đ$ là tổng tổn thất thủy lực trên đường ống đẩy).
    • Dụng cụ, thiết bị và vật liệu vận hành: Sử dụng kìm cá sấu, mỏ lết, máy khoan bê tông; thiết bị đo kiểm gồm thước đo mực nước, panme đo lỗ và trục bơm, quả dọi và bộ nguồn căn chỉnh đồng tâm trục đứng, đồng hồ đo lưu lượng, máy đo độ ồn mini, nhiệt kế cầm tay, máy đo nhiệt độ hồng ngoại; vật liệu bôi trơn gồm mỡ gốc $\text{MoS}_2$, mỡ bôi trơn vòng bi tốc độ cao, mỡ bò xanh, băng tan cao su non.
    • Quy trình vận hành 4 giai đoạn và đóng ngắt thiết bị: (1) Mở máy hiệu chỉnh kiểm tra khe hở bánh xe công tác (BXCT), độ đồng trục, lực căng bu lông móng; (2) Mở máy chạy rà thử nghiệm 2–3 giờ; (3) Chạy phụ tải công tác 8–10 giờ (tổng thời gian thử nghiệm trên 20 giờ với máy nhỏ/trung bình, 12 giờ với máy lớn); (4) Vận hành chính thức theo quy trình khởi động 8 bước và dừng máy 4 bước.

  • Bài 3: Vận hành trạm bơm cấp II (24 giờ: 6 giờ lý thuyết, 17 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra):

    • Nhiệm vụ và quy hoạch trạm cấp 2: Bơm nước sạch từ bể chứa nước sạch sau xử lý vào mạng lưới đường ống cấp nước đô thị/công nghiệp hoặc bể tăng áp, đài chứa theo chế độ tiêu thụ biến đổi theo giờ trong ngày. Bố trí máy bơm chính, bơm rửa lọc, bơm gió rửa lọc, bơm nước kỹ thuật và tháp chống va (búa nước).
    • Phân loại máy bơm nước sạch: Bơm ly tâm, bơm pít tông (áp lực cao nhưng lưu lượng không liên tục theo chu kỳ tịnh tiến), bơm trục ngang, trục đứng và bơm chìm.
    • Công nghệ đo lưu lượng và cảm biến đo lường: Phân loại chi tiết 4 nhóm cảm biến dòng chảy:
      1. Cảm biến chênh lệch áp suất: Dựa trên định luật Bernoulli qua độ co hẹp dòng chảy (tấm lỗ Orifice, ống Venturi, ống Pitot).
      2. Cảm biến lưu lượng điện từ: Dựa trên định luật cảm ứng điện từ Faraday (chất lỏng dẫn điện cắt từ trường tạo điện áp cảm ứng tỉ lệ với vận tốc).
      3. Cảm biến lưu lượng Coriolis: Đo trực tiếp lưu tốc khối lượng thông qua độ lệch pha dao động xoắn của cặp ống dẫn khi chất lỏng đi qua.
      4. Cảm biến lưu lượng siêu âm: Dựa trên hiệu ứng Doppler lan truyền sóng siêu âm tần số 0,5–10 MHz để xác định vận tốc hạt lơ lửng trong dòng nước.
    • Tiêu chuẩn kiểm tra an toàn hệ thống điện: Điện trở nối đất bảo vệ $\le 4\ \Omega$; điện trở cách điện động cơ hạ thế $\ge 0,5\text{ M}\Omega$ (đo bằng Megômet 500V); điện trở cách điện động cơ cao thế $\ge 1,0\text{ M}\Omega/\text{kV}$ (đo bằng Megômet 1000V hoặc 2500V); sai lệch điện áp nguồn cho phép so với định mức không quá $\pm 5%$.

Progression logic (Tiến trình logic): Nội dung giáo trình được thiết kế theo đúng chu trình công nghệ của hệ thống cấp nước đô thị: Thu gom nước thô tại công trình thu (Bài 1) $\rightarrow$ Bơm chuyển tiếp nước thô về cụm xử lý qua trạm bơm cấp 1 (Bài 2) $\rightarrow$ Bơm đẩy nước sạch đã qua xử lý vào mạng tiêu thụ thông qua trạm bơm cấp 2 (Bài 3).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Thủy lực học công trình và máy thủy khí: Lý thuyết cột áp bơm, phương trình cân bằng năng lượng Bernoulli ứng dụng cho đường ống và thiết bị đo lưu lượng dạng co thắt; nguyên lý trao đổi năng lượng ly tâm và thủy tĩnh.
  • Vật lý và điện từ học ứng dụng: Định luật cảm ứng Faraday trong đo lưu lượng chất lỏng; hiện tượng lực Coriolis trong cơ học lưu chất; hiệu ứng dịch chuyển tần số Doppler của sóng siêu âm.
  • Quy chuẩn kỹ thuật an toàn cơ điện: Tiêu chuẩn đo cách điện máy điện quay, định mức điện trở tiếp địa nối vỏ an toàn, quy chuẩn nhiệt độ gối trục và giới hạn rung lắc cơ khí của tổ máy bơm.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác đo kiểm bằng thiết bị chuyên dụng (Panme cơ khí, Megaômet, súng đo nhiệt hồng ngoại, quả dọi cân tâm trục); thực hiện thao tác đóng cắt các cấp áptômát tủ điều khiển và mạch động lực theo đúng thứ tự logic.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích dữ liệu biểu đồ bơm, biểu đồ công suất tiêu thụ; đánh giá tình trạng xâm thực (khí thực); phát hiện lệch pha nguồn điện, rò rỉ cơ khí cổ trục hoặc suy giảm cách điện động cơ.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Thành lập sổ theo dõi và bàn giao ca định kỳ 1–4 lần/ngày; thực hiện bảo dưỡng tra mỡ định kỳ; xử lý sự cố công trình thu nước mùa mưa lũ và sạt lở giếng khoan ngầm.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng phương pháp tiếp cận sư phạm tích hợp (Integrated Vocational Pedagogy), kết hợp song song bài giảng lý thuyết nguyên lý và thực hành trên hệ thống mô hình trạm xử lý - công trình cấp nước. Tỷ lệ phân bổ thời gian thực hành chiếm 71,7% (43/60 giờ), lấy việc luyện tập thao tác trực quan làm trọng tâm.

┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│             TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH MÔ-ĐUN                │
└──────────────────────────┬─────────────────────────────┘
                           │
                           ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 1. Chuẩn bị: Kìm, mỏ lết, bút thử điện, bảo hộ TCVN    │
└──────────────────────────┬─────────────────────────────┘
                           │
                           ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 2. Kiểm tra: Thủy công, mực nước, điện trở cách điện   │
└──────────────────────────┬─────────────────────────────┘
                           │
                           ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 3. Khởi động 8 bước: Đóng mở van ➔ Áptômát ➔ Bật bơm   │
└──────────────────────────┬─────────────────────────────┘
                           │
                           ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 4. Vận hành & Giám sát: Đọc biểu đồ, ghi sổ bàn giao   │
└──────────────────────────┬─────────────────────────────┘
                           │
                           ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 5. Dừng máy 4 bước & Vệ sinh công nghiệp               │
└────────────────────────────────────────────────────────┘

  • Bài tập và tình huống thực hành: Các bài tập rèn luyện kỹ năng được thiết kế trực tiếp tại xưởng mô hình bao gồm:

    • Bài tập thực hành Bài 1: Kiểm tra hệ thống van, đo mực nước bể chứa, khởi động trạm điện (bằng tay hoặc rơ-le thời gian) và vận hành mô hình công trình thu nước.
    • Bài tập thực hành Bài 2: Vận hành tổ hợp trạm bơm cấp 1 công trình nước mặt trên mô hình, theo dõi đồng hồ đo lưu lượng, áp lực và kiểm tra an toàn điện.
    • Bài tập thực hành Bài 3: Vận hành trạm bơm cấp 2, điều tiết van tiết lưu theo tải tiêu thụ và theo dõi áp lực đường ống phân phối.

  • Phương pháp đánh giá và thang điểm: Kết quả học tập được đánh giá dựa trên bảng tiêu chí kỹ thuật định lượng gồm 8 hạng mục chấm điểm trực tiếp (thang điểm 8.0 đến 10.0 cho mỗi bài thực hành):

TT Hạng mục đánh giá Thang điểm Yêu cầu kỹ thuật thực hiện
1 Công tác chuẩn bị 1.0 Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ cơ khí, trang thiết bị bảo hộ đạt tiêu chuẩn TCVN
2 Kiểm tra thiết bị 1.0 Kiểm tra bu lông móng, độ đồng tâm trục, cách điện động cơ, tủ điều khiển
3 Kiểm tra mực nước 1.0 Xác định chính xác mực nước tĩnh, mực nước động tại bể hút/bể xả
4 Thao tác vận hành 1.0 Thao tác đóng ngắt áptômát, nút bấm và điều chỉnh van tiết lưu chuẩn xác
5 Trình tự thực hiện 1.0 Thực hiện đúng tuần tự các bước khởi động và dừng máy
6 Điều chỉnh vận hành 1.0 Điều tiết lưu lượng, áp lực phù hợp theo biểu đồ phụ tải làm việc
7 Xử lý tình huống 1.0 Phản ứng nhanh khi có sự cố bồi lắng, mất pha, rung lắc hoặc rò rỉ
8 Vệ sinh, an toàn 1.0 Đảm bảo an toàn điện trở nối đất $\le 4\ \Omega$, dọn dẹp vệ sinh nhà trạm sau ca
  • Hướng dẫn tự học và tham khảo: Người học được yêu cầu nghiên cứu các tài liệu định mức kinh tế kỹ thuật, sơ đồ mạng lưới cấp thoát nước, quy phạm kỹ thuật an toàn vận hành hệ thống cấp nước và rèn luyện kỹ năng ghi chép nhật ký vận hành qua sổ giao ca mẫu.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Hệ thống hóa thiết bị đo lường dòng chảy tiên tiến: Giáo trình đưa vào nội dung phân loại, phân tích cấu tạo, chỉ rõ ưu điểm và nhược điểm của 4 dòng công nghệ cảm biến lưu lượng công nghiệp hiện đại: cảm biến chênh áp (Orifice/Venturi), cảm biến điện từ theo định luật Faraday, cảm biến khối lượng Coriolis và cảm biến siêu âm Doppler không xâm lấn.
  • Chuẩn hóa thông số an toàn điện và quy trình kỹ thuật: Tài liệu xác lập các chỉ số kỹ thuật đo lường khắt khe trước khi vận hành máy:
    • Điện trở nối đất an toàn tủ điện và vỏ động cơ: $\le 4\ \Omega$.
    • Điện trở cách điện động cơ hạ thế (Megômet 500V): $\ge 0,5\text{ M}\Omega$.
    • Điện trở cách điện động cơ cao thế (Megômet 1000V/2500V): $\ge 1,0\text{ M}\Omega/\text{kV}$.
    • Độ lệch điện áp nguồn cho phép: không vượt quá $\pm 5%$ so với giá trị định mức.
  • Quy trình chạy thử 4 giai đoạn gắn liền thực tiễn công trình: Cung cấp quy định thời gian thử nghiệm cho trạm bơm: mở máy hiệu chỉnh sơ bộ $\rightarrow$ chạy rà không tải 2–3 giờ $\rightarrow$ chạy mang tải công tác 8–10 giờ $\rightarrow$ tổng thời gian thử nghiệm tích lũy trên 20 giờ đối với trạm bơm quy mô nhỏ và trung bình, 12 giờ đối với trạm bơm công suất lớn.
  • Tính đồng bộ giữa cơ khí thủy lực và điều khiển điện: Giáo trình kết hợp hướng dẫn từ việc sử dụng các loại mỡ chuyên dụng ($\text{MoS}_2$, mỡ vòng bi tốc độ cao), gia cố công trình thủy công (kè đá hộc, ống vách giếng khoan) cho đến việc kiểm tra rơ-le thời gian, biến trở điều khiển kích từ và tiếp điểm vành góp điện.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học sinh, sinh viên ngành kỹ thuật: Tài liệu học tập chính khóa cho học sinh, sinh viên hệ Trung cấp nghề và Cao đẳng nghề chuyên ngành Điện nước, Cấp thoát nước, Xây dựng công trình thủy.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành mô-đun Lắp đặt đường ống cấp thoát nước, nắm vững kiến thức cơ sở về vật lý thủy lực, an toàn điện công nghiệp và kỹ thuật cơ khí đại cương.
  • Giảng viên và cán bộ đào tạo: Sử dụng làm giáo trình giảng dạy lý thuyết chuyên môn, xây dựng phiếu hướng dẫn thực hành và thiết kế các bài kiểm tra đánh giá kỹ năng nghề tại xưởng thực tập.
  • Kỹ thuật viên, công nhân vận hành: Dùng làm tài liệu tra cứu kỹ thuật tại các trạm xử lý nước sạch đô thị, trạm bơm nông nghiệp, trạm bơm tăng áp tòa nhà và các đơn vị quản lý vận hành công trình khai thác nước thô.

Câu hỏi thường gặp

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

Giáo trình được biên soạn phục vụ học sinh, sinh viên theo học hệ Trung cấp và Cao đẳng nghề Điện nước. Ngoài ra, tài liệu phù hợp làm cẩm nang hướng dẫn kỹ thuật cho công nhân trực tiếp quản lý trạm bơm tại các doanh nghiệp cấp nước.

2. Cần trang bị kiến thức nền tảng nào trước khi học mô-đun MĐ25?

Người học cần học xong mô-đun Lắp đặt đường ống cấp thoát nước, nắm rõ các quy tắc an toàn điện cơ bản, phương pháp sử dụng dụng cụ cơ khí cầm tay và đọc hiểu bản vẽ mặt bằng, sơ đồ trạm bơm.

3. Điểm khác biệt về nội dung của giáo trình này so với tài liệu lý thuyết thủy lực thông thường là gì?

Tài liệu không thuần túy trình bày lý thuyết tính toán thủy lực mà tập trung vào quy trình vận hành thực nghiệm: quy chuẩn đóng mở van tiết lưu theo từng loại bơm (ly tâm, hướng trục, chìm), quy trình đo điện trở cách điện bằng Megômet, xử lý sạt lở công trình thu và phương pháp lập sổ giao nhận ca.

4. Người học cần lưu ý những gì để thực hành hiệu quả mô-đun này?

Cần tuân thủ trình tự thao tác đóng ngắt áptômát từ mạch động lực đến mạch điều khiển; luôn kiểm tra độ ngập nước của máy bơm chìm và các thông số điện áp ($\pm 5%$), tiếp địa ($\le 4\ \Omega$) trước khi bấm nút khởi động.

5. Trang thiết bị và học liệu cần thiết để tổ chức giảng dạy mô-đun gồm những gì?

Cơ sở đào tạo cần trang bị: mô hình công trình thu nước, mô hình trạm bơm cấp 1, mô hình trạm bơm cấp 2, mô hình trạm bơm nước thải; máy chiếu đa phương tiện; hệ thống dụng cụ cơ khí (kìm, mỏ lết, panme, quả dọi) và thiết bị đo kiểm (bút thử điện, nhiệt kế, máy đo độ ồn, Megômet).

Kết luận

Giáo trình MĐ25: Vận hành công trình thu nước và trạm bơm của Trường Cao đẳng Cơ điện xây dựng Việt Xô là tài liệu kỹ thuật có tính sư phạm và tính thực tiễn cao, đáp ứng chuẩn đầu ra của nghề Điện nước. Tài liệu định hình rõ ràng lộ trình học tập qua 3 giai đoạn công nghệ: thu gom nước nguồn $\rightarrow$ trạm bơm cấp 1 $\rightarrow$ trạm bơm cấp 2.

Để đạt hiệu quả cao trong công tác học tập và giảng dạy, người học cần kết hợp nghiên cứu giáo trình với việc tham khảo các Quy phạm kỹ thuật an toàn vận hành công trình xử lý nước cấp, Bản vẽ sơ đồ công trình xử lý nước cấp và thực hành thường xuyên trên hệ thống thiết bị mô hình chuyên dụng.