110 海巡特考三等 海洋巡護科輪機組 輪機工程（包括推進裝置、輔機與輪機英文） 考古題詳解

核心觀念

主推進軸系是連接主機與螺旋槳的動力傳遞系統，通常包括中間軸、推力軸、聯軸器、軸承、艉軸、艉管軸承、軸封及潤滑冷卻設備等。其基本任務不是單純「讓螺旋槳轉動」，而是要在船舶各種航行工況下，安全、可靠地傳遞主機功率與推進力。

主機輸出功率、扭矩與轉速的關係為：

$$P=T\omega$$

其中 $P$ 為主機輸出功率，$T$ 為軸系傳遞扭矩，$\omega$ 為角速度。因此，軸系必須具備足夠的強度、剛性、穩定性與密封性能，才能使主機正常運轉並將功率有效傳至螺旋槳。

解題方法

本題可依照主推進軸系所承受及完成的主要工作，分為「傳遞動力、傳遞推力、支承定位、補償變形、控制振動、潤滑冷卻、密封防漏及操作安全」等方面作答。

一、傳遞主機的扭矩與功率

軸系應將主機曲軸輸出的旋轉運動、扭矩及功率傳遞至螺旋槳，使螺旋槳產生推進力。

軸系必須具有足夠的：

• 扭轉強度，避免因扭矩過大而扭斷。
• 彎曲強度，承受軸系自重、螺旋槳重量及運轉時的彎曲負荷。
• 剛性，避免產生過大的軸系撓曲與偏心。
• 疲勞強度，承受主機脈動扭矩及長時間交變負荷。

若軸系傳遞效率為 $\eta_s$，則螺旋槳所得功率為：

$$P_p=\eta_s P_e$$

其中 $P_e$ 為主機輸出功率，$P_p$ 為螺旋槳所得功率。軸系應盡量降低聯軸器、軸承及艉管等處的機械損失。

二、承受並傳遞螺旋槳的軸向推力

螺旋槳旋轉時會對水產生推力，水也會對螺旋槳產生大小相等、方向相反的反作用力。此軸向力必須經由螺旋槳、艉軸、推力軸及推力軸承傳遞至船體，最後由船體推動船舶前進。

推力軸承的功能包括：

• 承受螺旋槳產生的正車推力。
• 船舶倒車時承受反向推力。
• 將軸向推力傳給船體結構。
• 防止軸系軸向竄動，維持主機與螺旋槳的正確相對位置。

因此，軸系本身雖傳遞旋轉扭矩，但軸向推力必須由推力軸承承擔，不能任由主機曲軸或一般徑向軸承承受。

三、支承軸系並維持正確中心線

中間軸承、艉管軸承及其他支承設備，必須支承軸系重量並限制軸的徑向位移，使各軸段保持在設計中心線上。

軸系若支承不足或中心線偏移，容易造成：

• 軸承負荷不均。
• 軸承溫度升高及磨耗加劇。
• 聯軸器產生附加彎矩。
• 艉管軸承及艉軸異常磨損。
• 軸系振動、噪音及密封失效。
• 主機曲軸受到不正常外力。

故軸系必須具備良好的對心、校準及支承功能，並能在運轉中維持適當的軸承負荷分配。

四、容許熱膨脹、船體變形與軸系撓曲

主機、軸承座、艉管及船體在溫度變化與受力作用下，會產生不同程度的熱膨脹及結構變形。軸系必須能容許這些相對位移，避免因過度拘束而產生附加應力。

常見的補償方式包括：

• 設計適當的軸承位置及軸承間距。
• 使用具有撓性或彈性的聯軸器。
• 進行精確的軸系校準。
• 容許主機熱膨脹後仍維持合理的軸線狀態。
• 控制軸系撓度及軸承反力。

此功能的重點在於「容許小量相對位移，但不能失去同心度與支承穩定性」。

五、降低扭轉振動與軸系振動

往復式內燃機的燃燒壓力及曲柄連桿運動會產生週期性扭矩脈動，螺旋槳在不均勻尾流中運轉也會產生週期性負荷。這些激振力可能使軸系發生扭轉振動、縱向振動及橫向振動。

軸系應具備：

• 避免工作轉速落入危險共振區的設計。
• 足夠的扭轉剛性與阻尼。
• 合理的軸徑、軸長及軸承配置。
• 必要時配置扭轉減振器或撓性聯軸器。
• 通過臨界轉速分析，避免長時間在危險轉速下運轉。

若振動控制不良，會造成軸系疲勞裂紋、聯軸器鬆脫、齒輪損壞、軸承異常磨耗及船體噪音增加。

核心觀念

本題考查冷凍系統的「熱氣除霜法（hot-gas defrost）」。

正常冷凍時，蒸發器內的低壓冷媒吸收庫內熱量而蒸發；除霜時，利用壓縮機排出的高溫、高壓過熱冷媒氣體，導入蒸發器管圈，使蒸發器暫時由「吸熱蒸發器」變成「放熱冷凝器」，將管壁及翅片上的霜層融化。

其主要能量來源為壓縮機排氣的：

• 冷媒過熱顯熱；
• 冷媒由氣態凝結成液態時所放出的潛熱；
• 必要時冷媒液體的顯熱。

因此，除霜熱量可概念性表示為：

$$Q_{\text{除霜}} = Q_{\text{過熱顯熱}} + Q_{\text{冷凝潛熱}} + Q_{\text{液體顯熱}}$$

此熱量用於融化霜層：

$$Q_{\text{融霜}} = m_f L_f + m_f c_i\left(0-T_i\right)$$

其中：

• $m_f$：霜的質量；
• $L_f$：冰的融化潛熱；
• $c_i$：冰的比熱；
• $T_i$：霜層初始溫度。

解題方法

解答應以「正常運轉流路」與「除霜運轉流路」作比較，並在簡圖中標示控制閥及冷媒流向。

正常冷凍運轉

正常運轉時，冷媒流向為：

$$\text{壓縮機} \rightarrow \text{冷凝器} \rightarrow \text{膨脹閥} \rightarrow \text{蒸發器} \rightarrow \text{壓縮機}$$

膨脹閥使冷媒降壓降溫，低溫低壓冷媒進入蒸發器，吸收庫內空氣及貨物的熱量後蒸發，再回到壓縮機吸入口。

自主除霜運轉

除霜開始時，控制器使正常液管電磁閥關閉，停止向蒸發器供應低溫液態冷媒；同時開啟壓縮機排氣側的熱氣電磁閥，使高溫冷媒氣體繞過冷凝器及膨脹閥，直接進入蒸發器管圈。

簡圖如下：

 正常冷凍流向
 ┌──────────────────────┐
 │ ▼
 ┌───────┐ 高壓氣體 ┌───────┐ 高壓液體 ┌───────┐
 │壓縮機 │─────────────▶│冷凝器 │─────────────▶│膨脹閥 │
 └───┬───┘ └───────┘ └───┬───┘
 │ │
 │ ▼
 │ ┌────────────┐
 │ 熱氣除霜 │ 蒸發器管圈 │
 │ ┌──────────────────────────▶│融化霜層、放熱│
 │ │ └─────┬──────┘
 │ │ │
 │ └──熱氣電磁閥 │
 │ │
 └──────────────吸氣管◀─────────────────────┘

除霜時的主要流路為：

核心觀念

本題考查鍋爐節熱器（economizer）之廢熱回收與「低溫腐蝕」限制。

節熱器利用鍋爐排煙加熱給水，使排煙溫度降低、給水溫度升高，因而減少汽鼓或鍋爐本體所需的燃料熱量。理論上，排煙出口溫度越低，排煙所帶走的顯熱越少，廢熱回收量越大，鍋爐熱效率越高。

排煙可回收熱量可概略表示為：

$$Q_{\text{回收}} = \dot m_g c_{p,g} \left(T_{\text{入口}}-T_{\text{出口}}\right)$$

其中：

• $\dot m_g$：排煙質量流率；
• $c_{p,g}$：排煙平均定壓比熱；
• $T_{\text{入口}}$：節熱器排煙入口溫度；
• $T_{\text{出口}}$：節熱器排煙出口溫度。

因此，在其他條件相同時，降低 $T_{\text{出口}}$ 可增加 $Q_{\text{回收}}$。然而，排煙中含有硫氧化物及水蒸氣，排煙溫度過低會產生酸露點腐蝕，故出口溫度必須維持在適當下限以上。

解題方法

本題可採用「理論效果」與「實際限制」對照方式作答：

1. 先說明降低排煙出口溫度可增加廢熱回收。
2. 再指出排煙溫度低於酸露點後，水蒸氣與硫氧化物凝結形成酸液。
3. 說明酸液造成節熱器受熱面腐蝕、積灰、堵塞及排煙阻力增加。
4. 最後提出工程上的控制方式：維持最低排煙溫度、控制給水溫度、採用旁通或循環調節，並配合吹灰與防蝕材料。

排煙溫度過低的主要危害

一、產生硫酸露點腐蝕

燃料中的硫在燃燒後主要形成二氧化硫：

$$S+O_2 \rightarrow SO_2$$

部分二氧化硫會進一步氧化成三氧化硫：

$$2SO_2+O_2 \rightarrow 2SO_3$$

排煙中的水蒸氣與三氧化硫結合，會形成硫酸蒸氣：

$$SO_3+H_2O \rightarrow H_2SO_4$$

當節熱器排煙出口溫度低於酸露點時，硫酸會在受熱面及煙道內壁凝結。酸液會腐蝕節熱器管外表面、彎管、管板及後段煙道，形成低溫腐蝕。

酸露點通常明顯高於水的露點，實際數值受燃料含硫量、排煙中 $SO_3$ 濃度、過剩空氣率及水蒸氣含量影響。船舶燃用含硫燃料時，尤其必須注意此問題。

二、造成節熱器受熱面腐蝕穿孔

節熱器管內流動給水，管外接觸含酸排煙。當酸液長時間附著於金屬表面時，會使碳鋼管發生均勻腐蝕、點蝕及局部腐蝕，造成：

• 管壁減薄；
• 管子滲漏；
• 管束腐蝕穿孔；
• 給水與排煙互相污染；
• 嚴重時造成鍋爐停機檢修。

低溫區通常位於節熱器排煙出口側，也是最容易發生酸露點腐蝕的位置。

三、酸性凝結物與煙灰形成黏著性積灰

酸性凝結物會使排煙中的煙灰、未完全燃燒物及金屬氧化物黏附於管壁，形成硬質、黏性的積灰層。積灰會造成：

1. 排煙與管壁間的熱傳導熱阻增加；
2. 節熱器傳熱能力下降；
3. 排煙通道截面積縮小；
4. 吹灰作業更加困難；
5. 腐蝕物與積灰共同加速管壁損壞。

因此，排煙出口溫度過低雖然初期提高熱回收量，長期卻可能因積灰與腐蝕使實際熱效率下降。

四、增加排煙側阻力與煙囪背壓

積灰及腐蝕產物會縮小煙氣流通面積，使節熱器壓降增加。排煙系統阻力增大後，會造成：

核心觀念

本題測驗輪機工程專業英文的閱讀與翻譯能力，重點包括：

• 船舶艙底水（bilge water）的來源與處理。
• 船外排放（overboard discharge）的專業用語。
• 油污染排放標準：$15\ \text{ppm}$。
• 油水分離器（oily water separator, OWS）的功能。
• 利用重力及流體黏度差異進行油水分離的原理。
• 被動語態、條件句及分詞片語的正確翻譯。

涉及船舶油污染防止規範時，以命題當年（民國 110 年）法規及國際防止船舶污染規範為準。其核心要求為：艙底水排放前，油分濃度不得超過每百萬分之十五。

解題方法

翻譯時應依照「船舶專業術語」及「原文語意層次」處理：

1. 先判斷 bilge、bilge water、oily water separator 等核心術語。
2. 將長句拆分為「來源—排放—檢測—回流—分離原理」。
3. 被動語態須譯出受動關係，例如 must pass 應譯為「必須通過」。
4. ppm 應保留數值，並補上中文單位「每百萬分之」。
5. either...or... 應譯為「若……則……；否則……」。
6. before being tested again 應譯為「再度接受檢測之前」，表達處理流程的先後順序。

逐句解析

第一句

原文：

Water, oil, and other substances collect at the bottom of the ship in what is known as the bilge.

• Water, oil, and other substances：水、油及其他物質。
• collect：聚集、積存。
• at the bottom of the ship：在船舶底部。
• in what is known as the bilge：在所謂的艙底區域。

其中 bilge 並非單純指「船底」，而是指船舶內部最低處、供污水及油水混合物匯集的艙底部位。

第二句

原文：

Bilge water is pumped overboard, but must pass a pollution threshold test of 15 ppm (parts per million) of oil to be discharged.

• Bilge water：艙底水。
• is pumped overboard：被泵送至船外。
• must pass：必須通過。
• pollution threshold test：污染標準測試或污染閾值檢測。
• 15 ppm of oil：油分濃度每百萬分之十五。
• to be discharged：才能排放。

本句重點是：艙底水不是抽出船外即可排放，而是必須先經過油分濃度檢測，符合 $15\ \text{ppm}$ 標準後才能排放。

第三句

原文：

Water is tested and either discharged if clean or recirculated to a holding tank to be separated before being tested again.

• Water is tested：水會接受檢測。
• either discharged if clean：若符合清潔標準，即予以排放。
• or recirculated：否則重新循環輸送。
• to a holding tank：送回儲存槽。

核心觀念

本題測驗輪機工程常見設備、管路、閥件及電機控制名詞的中英對照，以及考生對其基本功能的辨識。作答時除寫出標準中文譯名，亦應掌握各設備在船舶輪機系統中的用途，以避免相近名詞混淆。

本題非選擇題，無選項分析；各小題依專業名詞的標準譯名及功能說明作答。

解題方法

依各英文名詞的專業領域分類判斷：

• 閥件與管路：Stop check valve、Flange、Nominal pipe diameter、Expansion valve。
• 熱力與蒸汽設備：Condenser、Boiler、Evaporator。
• 電機控制：Relay。
• 船舶艙底系統：Bilge water。
• 泵浦性能：Self-Priming。

翻譯時應採用輪機工程及船舶工程慣用術語，不宜逐字翻譯。

各小題詳解

(一) Stop check valve

【中文譯名】截止止回閥。

Stop check valve 同時具有截止閥與止回閥的功能：

1. 可藉由閥桿控制流體通路的開啟與關閉。
2. 可防止流體逆向流動。
3. 常設於蒸汽、給水及鍋爐管路，用於隔離管路並避免逆流。

「截止閥」重點在於控制及切斷流量；「止回閥」重點在於防止逆流。兩者合併即稱為截止止回閥。

常見誤譯為單純的「止回閥」，但此譯名未表達其具有截止功能，完整答案應寫「截止止回閥」。

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(二) Flange

【中文譯名】法蘭。

法蘭是管路、閥件、泵浦或機械設備上的凸緣接合部，通常利用螺栓及墊片將兩個構件連接。

法蘭接合的主要功能包括：

• 便於管路拆裝與維修。
• 確保接合處的密封性。
• 承受管內壓力及管路所受的機械負荷。

法蘭本身不是墊片，也不是螺栓；墊片用於密封，螺栓用於固定，三者共同構成常見的法蘭接合。

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(三) Nominal pipe diameter

【中文譯名】公稱管徑。

Nominal pipe diameter 是用於管路規格表示的標稱尺寸，並不一定等於管子的實際內徑或外徑。

實際管徑會受到下列因素影響：

• 管材標準。
• 管壁厚度。
• 壓力等級。
• 管路接頭及法蘭規格。

因此，公稱管徑主要是管路設計、配管施工、閥件選用及管件匹配的規格基準，不能直接視為流體實際通過的精確直徑。

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(四) Expansion valve

【中文譯名】膨脹閥。

膨脹閥主要用於冷凍及空調系統，安裝於冷凝器與蒸發器之間。其主要作用為：

1. 降低冷媒壓力。
2. 調節進入蒸發器的冷媒流量。
3. 使高壓液態冷媒經節流後，轉變為低壓低溫狀態。
4. 控制蒸發器出口的過熱度，避免液態冷媒進入壓縮機。

膨脹閥的核心原理是節流作用。理想節流過程中，冷媒的焓值近似不變，即：

$$h_1 \approx h_2$$

「膨脹閥」不可與安全閥、減壓閥混淆。膨脹閥主要服務於冷凍循環中的冷媒流量控制與降壓。

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(五) Condenser

【中文譯名】冷凝器；在蒸汽輪機系統中常稱為凝汽器。

冷凝器是使氣體或蒸氣放出熱量而凝結成液體的熱交換設備。

在船舶蒸汽動力系統中，凝汽器可將汽輪機排出的蒸汽冷凝成水，再送回鍋爐給水系統。其主要目的包括：

• 回收凝結水。
• 維持汽輪機排汽側的低壓。
• 提高蒸汽循環的熱效率。
• 使循環水與蒸汽分隔，避免工作流體受到污染。

若題目以一般熱交換設備為背景，譯為「冷凝器」即可；若明確指船舶蒸汽輪機排汽設備，使用「凝汽器」更為精確。

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(六) Boiler

【中文譯名】鍋爐。

鍋爐是利用燃料燃燒、電熱或其他熱源，加熱水以產生蒸汽或熱水的設備。

船舶鍋爐主要由下列部分構成：

• 爐膛：燃料燃燒及放熱的空間。
• 水管或火管：供水及蒸汽流通。
• 汽水鼓：分離蒸汽與水。
• 過熱器：提高蒸汽溫度。
• 省煤器：利用煙氣餘熱預熱給水。

鍋爐的基本能量轉換為：