107 一般警察特考四等 水上警察人員輪機組 輪機工程概要(包括推進裝置、輔機與輪機英文) 考古題詳解

核心觀念

本題測驗「船舶推進裝置之自動控制與安全防護系統」，為公職水上警察輪機組與航海人員測驗之高頻經典考題。依據《國際海上人命安全公約》（SOLAS 1974，以民國 107 年命題時適用之修正規範為準）第 II-1 章第 31 條及各國驗船協會（如 CR 中國驗船中心《鋼船建造與入級規範》）之要求，主推進柴油機必須具備監測、警報（Alarm）、自動減速（Slowdown）、自動停機（Shutdown）及機械式超壓防爆等安全防護裝置，以防止機械災難性損壞並兼顧船舶航行安全。

核心防護邏輯分為三大層次：

1. 控制與自動切斷層：如超速保護（Governor Trip）、緊急遮斷（Emergency Stop）。
2. 自動降載與停車層：如滑油低壓、冷卻水高溫、曲軸箱油霧過濃引起之 Slowdown / Shutdown。
3. 機械物理洩壓與防爆層：如氣缸安全閥、曲軸箱防爆門、掃氣箱防爆片、起動空氣管路阻焰器。

解題方法

本題為標準申論題，切入點應採取「系統功能與防護事故類型分類法」，切忌零散列舉。答題時將主機安全裝置按下列脈絡條理鋪陳：

1. 防止機械飛車破壞（超速保護）
2. 防止摩擦副燒損與熱應力損壞（滑油低壓、冷卻水異常保護）
3. 防止壓力容器與燃燒室過載（氣缸安全閥、起動空氣管保護）
4. 防止火災與二次爆炸（曲軸箱油霧偵測器、曲軸箱防爆門、掃氣室滅火與洩壓）
5. 人為緊急防護（手動緊急停車裝置）

每一項裝置均須清楚交代：「裝置名稱」、「作動狀況（觸發門檻／物理現象）」​與​「作動機制（如何達到保護）」。

評分要點與項目深入剖析（申論結構分析）

為使閱卷委員一目了然，將主機必備之六大安全裝置剖析如下：

1. 超速保護裝置（Over-speed Trip Device / Governor Emergency Cut-out）

• 作動狀況：當主機轉速超過額定最大轉速之 $110\% \sim 115\%$ 時（例如惡劣海況下車葉出水失載、軸系斷裂或調速器失靈引發「飛車」）。
• 作動機制：透過飛球離心機構或電子感應轉速傳感器觸發，釋放氣動或機械閥門，強制切斷燃油噴射泵（Fuel Injection Pump）之燃油供應（Fuel Cut-off），使主機立即停轉，防止連桿、活塞因巨大離心慣性力斷裂飛出。

2. 曲軸箱安全防爆裝置（Crankcase Safety Devices）

• (1) 曲軸箱油霧偵測器（Oil Mist Detector, OMD）：
• 作動狀況：軸承摩擦副異常過熱，使濺散的潤滑油汽化，在曲軸箱冷區凝結成白霧狀懸浮微粒，濃度達爆炸下限（LFL）時。
• 作動機制：光電式感測單元偵測到油霧光阻值或散射值超標，立即發出視覺與聽覺警報，並連鎖觸發主機自動減速（Slowdown）​或自動停機（Shutdown），防止點火爆炸。
• (2) 曲軸箱防爆門（Crankcase Explosion Relief Valve）：
• 作動狀況：當曲軸箱內部油霧已引燃、發生初次微爆炸導致箱內氣壓超過設定值（通常約 $0.01 \sim 0.02 \text{ MPa}$）時。
• 作動機制：彈簧式閥盤瞬間被推開向外釋放過盛高壓，洩壓後靠彈簧迅速關閉；同時閥內之金屬阻焰網（Flame Arrester）冷卻噴出氣體以阻絕火焰。閥門快速閉合可阻止外界新鮮空氣吸入引起毀滅性的二次爆炸。

3. 氣缸安全閥（Cylinder Relief Valve）

• 作動狀況：氣缸內部燃燒爆炸壓力異常飆升，達到設定極限值（一般約為正常最高燃燒壓力 $P_{\max}$ 之 $110\% \sim 115\%$，約 $130 \sim 160 \text{ bar}$）時。常見於噴油提前角過大、油嘴滴漏、氣缸水壓液擊（Hydraulic Lock）或進氣不良。
• 作動機制：彈簧加壓式錐形閥跳開，迅速向大氣排氣洩壓，保護氣缸蓋、氣缸套、活塞、連桿與曲軸免遭過度機械應力破壞。

4. 滑油低壓保護裝置（Low Lubricating Oil Pressure Protection）

• 作動狀況：主機主軸承潤滑油供油管路壓力低於安全極限值（例如低於正常工作壓力之 $50\%$ 或低於 $0.10 \sim 0.15 \text{ MPa}$）時。
• 作動機制：壓力傳感器／壓力開關觸發，系統先啟動警報並自動啟動備用滑油泵（Standby Pump）；若壓力持續偏低無法恢復，則立即聯鎖自動停機（Shutdown），防止巴氏合金（Babbitt metal）軸承燒融、曲軸咬死或活塞拉缸。

5. 冷卻系統高溫與低壓保護裝置（Cooling Water Protection System）

• 作動狀況：缸套冷卻水（Jacket Cooling Water）進出水溫差過大、出口水溫異常偏高（通常 $>85^\circ\text{C} \sim 90^\circ\text{C}$）或冷卻水壓不足（斷水）時。
• 作動機制：溫度／壓力傳送器發出警報，自動觸發備用冷卻泵投入；若無效則啟動主機自動減速（Slowdown）​以降低熱負荷，嚴重過熱時連鎖自動停車，防止氣缸套與缸頭熱裂變形。

6. 掃氣室火災警報與滅火裝置（Scavenge Air Box Fire Protection）

• 作動狀況：未燃盡之燃油、滑油滴落於掃氣箱內沉積為油泥碳渣，當活塞環漏氣或排氣閥逆向漏氣引燃掃氣箱內部時（箱內溫度達高溫警戒點，如 $>120^\circ\text{C} \sim 150^\circ\text{C}$）。
• 作動機制：溫度感應器發出聲光警報並使主機 Slowdown；若火勢蔓延，可透過遙控或就地開啟固定式滅火系統（注入高壓二氧化碳 $\text{CO}_2$ 或蒸氣）實施窒息滅火。箱體外側亦配備防爆破膜片（Bursting Disc）於超壓時破裂洩壓。

核心觀念

本題旨在測驗三相交流感應電動機（Three-Phase Induction Motor）之起動原理、電氣控制與機械運轉之故障診斷能力。

1. 旋轉磁場與起動轉矩原理： 三相感應電動機依靠定子對稱三相繞組通入三相對稱交流電，產生同步轉速為 $N_s = \frac{120f}{P}$ 之旋轉磁場。此旋轉磁場切割轉子導體並感應電流，進而產生電磁起動轉矩（Starting Torque, $T_{start}$）。電動機起動之充要條件為：電磁轉矩必須大於負載靜阻力矩與摩擦轉矩之和（$T_{start} > T_L$）。
2. 電壓與轉矩關係： 感應電動機之電磁轉矩與定子施加端電壓之平方成正比： $T \propto V^2$ 若供電電壓嚴重不足，起動轉矩將大幅衰退，導致馬達無法克服靜摩擦起動。
3. 故障診斷邏輯： 三相電動機無法起動之成因，本質上可歸納為：

• 無電力輸入（開路或保護切斷）
• 無法建立旋轉磁場（缺相/單相運轉）
• 電磁轉矩不足（電壓過低）
• 機械阻力無限大（軸承咬死或機械卡滯）

解題方法

本題為輪機工程典型之「故障診斷與排除」申論題。解題關鍵在於建立結構化、系統化的層次架構，切忌毫無章法地隨意列舉。

閱卷評分重視輪機員具備「由外而內、由電至機」的邏輯排查能力，建議採用以下四個面向切入分類敘述：

1. 電源與配電系統（Power Supply System）
2. 控制與保護迴路（Control and Protection Circuits）
3. 電動機本體內部電氣故障（Internal Electrical Faults）
4. 機械與負載機構故障（Mechanical and Load Faults）

成因深入剖析（故障機制解析）

本題非選擇題，按題目要求針對各項「不能起動」之故障成因進行學理與機制剖析：

1. 電源與配電系統異常：

• 完全斷電（No Power）：主配電盤（MSB）或分電盤斷路器（MCCB/ACB）跳脫、母線（Busbar）無電壓。
• 電源電壓過低（Under Voltage）：大容量負載同時起動造成線路壓降過大，因 $T_{start} \propto V^2$，當電壓降至額定值之 $80\%$ 以下時，起動轉矩降至正常值的 $64\%$ 以下，無法牽引額定負載。
• 電源單相/缺相（Phase Failure / Single-Phasing）：電源端任一相斷線。三相電動機在靜止狀態下若發生單相運轉，僅能產生脈動磁場而非旋轉磁場，合成起動轉矩為零（$T_{start} = 0$），馬達不會旋轉且會發出劇烈嗡嗡聲（Humming），電流暴增。

2. 控制電路與保護裝置動作：

• 保護電驛動作未復歸：熱過載電驛（Thermal Overload Relay, THR）過載跳脫後尚未冷卻復歸，其常閉接點（$95-96$）維持開路，切斷控制電源。
• 控制迴路斷路或保險絲熔斷：控制線路熔斷器（Fuse）熔斷、操作按鈕（PB-ON）接觸不良、停止按鈕（PB-OFF）卡在常開位置。
• 電磁接觸器（MC）故障：接觸器線圈燒毀、主接點嚴重積碳氧化或燒蝕導致無法閉合導通。
• 連鎖保護（Interlock）動作：相關輔機（如滑油低壓保護、冷卻水流開關、出口閥未開定位開關等）之連鎖安全接點未接通。
• 降壓起動裝置故障：星-三角（$\text{Y}-\Delta$）起動器之切換定時器（Timer）故障、電抗器或自耦變壓器抽頭斷路。

3. 電動機本體內部電氣故障：

• 定子繞組斷線或燒毀：定子繞組單相斷線（開路）或匝間短路、相間短路，造成相平衡破壞。

核心觀念

船舶推進軸系中，艉軸承（Stern Tube Bearing）承受螺槳的懸臂重量、動態水動力與推力偏心彎矩，是維繫軸系正常運轉與同心度的關鍵組件。艉軸承依選用材質之不同，直接決定了其潤滑與冷卻介質（油潤滑或水潤滑）、密封結構需求、承載能力以及防污染性能。

本題主要測驗以下輪機工程核心觀念：

1. 材質分類體系：傳統與現代艉軸承主要區分為「金屬材質」與「非金屬材質（天然木材、彈性體橡膠、合成高分子材料）」。
2. 潤滑機制與結構搭配：

• 金屬材質：以白合金為主，必須搭配「強制循環油潤滑」與高可靠度艉軸管密封裝置（如 Simplex 密封圈）。
• 非金屬材質：以「水潤滑」（海水或淡水）為主，結構相對簡化且具環保優勢。

3. 工程特性評估維度：包含極限承載壓力（Specific Bearing Load）、抗磨耗與抗泥砂能力、摩擦係數、吸水與熱膨脹率、維護成本及海洋環保性。

解題方法

本題為標準的輪機工程申論題，答題架構應具備層次感與系統性：

1. 明確界定分類：開門見山指出艉軸承材質主要分為四大類：白合金（金屬）、鐵梨木（天然非金屬）、橡膠（合成彈性體）​及高分子合成樹脂／複合材料（現代非金屬）。
2. 分項深入解析：針對每一種材質，具體列出其「工作機制（配用潤滑方式）」、「優點」與「缺點」。
3. 橫向彙整比較：利用工程比較表，針對承載力、耐磨性、抗沙能力、環保風險等要素做橫向對比，展現整全的專業理解。

解題技巧與常見陷阱

1. 勿遺漏現代高分子合成材料：部分考生僅回答古老的「白合金」與「鐵梨木」，忽略現今商船與海巡巡防艦廣泛採用的「合成樹脂／高分子複合材料（如 Thordon、賽龍、酚醛樹脂）」，導致評分失分。
2. 緊扣「潤滑介質」與「環保議題」：討論白合金時，務必點出「油潤滑」帶來的密封依賴性與潛在海污漏油風險；討論非金屬材料時，必須強調「水潤滑」的環保優勢與斷水燒損風險。
3. 記憶口訣：

• 白合金 $\rightarrow$ 載重大、壽命長、怕漏油、需密封。
• 鐵梨木 $\rightarrow$ 天然好、自潤滑、易膨脹、已漸少。
• 橡膠襯 $\rightarrow$ 吸震佳、耐泥砂、低速澀、怕缺水。
• 高分子 $\rightarrow$ 承載增、耐腐蝕、免潤油、重間隙。

【答案】

船舶推進軸系中之艉軸承，依製造材質不同主要可分為四大類：白合金（金屬材質）、鐵梨木（天然非金屬材質）、橡膠（合成彈性體材質）​與高分子合成樹脂複合材料（現代非金屬材質）。

各材質之特性、優缺點及綜合比較如下：

一、白合金艉軸承（White Metal / Babbitt Metal）

通常採用錫基巴氏合金（High-tin Babbitt），澆鑄於青銅或鑄鋼軸承襯背上，採閉式強制油潤滑系統。

1. 優點：

• 承載能力最高：機械強度高，能承受極大的螺槳懸臂負載與徑向衝擊力，適用於大型船舶及高功率推進系統。
• 順應性與嵌入性佳：運轉磨合性優良，微量硬質雜質能嵌入合金表層，不致迅速劃傷艉軸軸頸（Tailshaft Journal）。
• 摩擦係數極小：在流體潤滑狀態下，摩擦損耗小，軸承使用壽命長。

2. 缺點：

• 密封要求極為嚴苛：艉軸前後端必須安裝精密密封裝置（如唇形密封圈），若密封磨損導致海水侵入或潤滑油外洩，將造成軸承乳化磨損及嚴重的海洋油污染。
• 系統複雜度與造價高：需配備重力油櫃、循環泵、冷卻器及油溫油位警報監測系統。

二、鐵梨木艉軸承（Lignum Vitae）

為傳統木質軸承，利用生長於熱帶的極堅硬重木加工成木條，呈板條狀縱向排列鑲嵌於青銅軸承套內部，採海水或淡水潤滑。

核心觀念

本題旨在測驗輪機人員對船舶蒸發式造水機（Fresh Water Generator，多為真空沸騰式）​之操作常識、衛生防護及日常維護管理能力。核心觀念涵蓋以下三點：

1. 水質與衛生安全原理：船舶真空造水機利用主機缸套冷卻水作為加熱源，於高真空度（真空度約 $90\%\sim 93\%$）下使海水在約 $40^\circ\text{C}\sim 45^\circ\text{C}$ 低溫沸騰蒸發。此低溫環境無法達到殺死病原菌之巴氏殺菌溫度（通常需 $70^\circ\text{C}\sim 80^\circ\text{C}$ 以上），且低沸點揮發性物質（如油氣、化學溶劑）會隨蒸汽一同蒸餾進入淡水，嚴重威脅船員飲用水安全。
2. 傳熱面防垢與熱應力消除：造水機停止時若未先切斷熱源並冷卻，殘留於蒸發室內的高溫會加速滯留海水的鹽分濃縮與碳酸鈣、硫酸鈣結垢；停機時必須遵循「先切斷熱源、持續沖洗冷卻、再破壞真空、最後停海水」的操作邏輯。
3. 主機運轉安全連鎖：造水機的熱源通常為主機缸套水（Jacket Cooling Water），其投用與切除均會直接影響主機冷卻水溫度，操作時須防止主機冷卻水溫劇烈波動造成熱衝擊。

解題方法

本題為典型的輪機實務申論題，作答時切忌零碎列舉，應採​「條理化、程序化、系統化」​之結構作答：

1. 海域分類與原因：先點出禁止造水的海域類型（港口、河口、近岸、污染區），並說明其背後的「衛生安全」與「設備損害（泥沙/結垢）」原因。
2. 停機步驟程序化：依流體系統流向與操作順序，按「切斷熱源 $\to$ 停止產水 $\to$ 排鹽冷卻 $\to$ 破除真空 $\to$ 停止海水泵」依序鋪陳，展現輪機當值之標準作業程序（SOP）。
3. 停機後注意事項：從「防腐蝕」、「防凍裂」、「閥門復歸」及「水質管理」四大維護面向進行延伸補述，確立作答完整度。

選項分析

本題為國家考試之申論題型，無選項供選擇。各子題評分切入點與採分關鍵分析如下：

• 子題一（海域判斷）：評分關鍵在於能否具體寫出「港內/錨地」、「河口/近岸（通常為離岸 12 海浬內）」、「受油污或化學品污染水域」及「赤潮/濁水區」，並指出低溫蒸發無法殺菌的本質。若僅寫「水很髒的地方」將難以取得滿分。
• 子題二（停運步驟）：評分關鍵在於操作先後順序。最常犯錯為「先停海水射流泵或造水泵」，這會導致蒸發器乾燒結垢或主機缸套水溫度驟升。必須先切斷/旁通主機缸套水熱源。
• 子題三（注意事項）：評分關鍵在於停機後的防護細節，特別是「防凍措施（寒冷海區洩水）」、「長期停機之淡水清洗與排乾」以及「主機冷卻水旁通閥之正常調節」。

解題技巧

1. 記憶口訣：

• 禁行海域：「港、灣、河、淺、污、赤」（港內、內灣、河口、淺灘近岸、污染海域、赤潮海域）。
• 停機順序：「停熱 $\to$ 停淡 $\to$ 沖洗 $\to$ 破空 $\to$ 停海」。

2. 常見失分陷阱：

• 漏提「破壞真空（開真空破壞閥）」：若未破壞真空即停機，大氣與海水易因壓差產生回倒吸現象。
• 忽視主機影響：切斷缸套水進造水機時，必須將「主機缸套水旁通閥（Bypass Valve）」同步打開，否則會阻礙主機冷卻水循環，引發主機高溫警報甚至降速。

3. 速檢邏輯：答題時確認是否同時兼顧了「對人的飲水衛生」、「對造水機的設備防護」及「對推進主機的運轉安全」三個維度。

【答案】

一、造水機應停止運轉之海域

核心觀念

本題測驗「輪機專業英文（Marine Engineering English）」的核心設備與構造專有名詞翻譯。命題涵蓋輪機工程五大範疇：

1. 甲板機械（Deck Machinery）：錨泊與繫泊設備。
2. 內燃機換氣系統（Engine Scavenging System）：二行程柴油機之掃氣形式。
3. 機艙流體與管路輔機（Auxiliary Machinery & Piping System）：污廢水排放與防污染系統。
4. 柴油機主體固定構件（Engine Stationary Parts）：燃燒室構成組件。
5. 機械軸封與密封機構（Sealing System）：動配合件之防漏與隔離裝置。

此類題型之評分關鍵在於是否使用海事、造船與輪機公職考試（如考選部、交通部航港局標準海難調查及船員測驗）之「標準規範中文術語」，切忌按字面生硬直譯。

解題方法

採用「系統歸屬與標準輪機工程詞彙對照法」：

1. 辨識所屬系統：先確認單詞在船用柴油機或機艙附屬系統中的實際安裝位置與功能。
2. 選用工程規範定名：遵循中華民國國家標準（CNS）及台灣海事大專院校輪機工程專業教材（如柴油機、船用輔機）之標準定名作答。
3. 避免通俗口語與簡體術語：例如將 box 直譯為「盒子」或僅翻「箱」，在機械與輪機術語中應譯為「函」或「箱」；scavenging 於內燃機領域專指「掃氣」，不可泛譯為「清除」或「拾荒」。

名詞解析

(1) anchor windlass

• 標準翻譯：起錨機（亦可稱錨機、起錨絞機）
• 功能與系統解說： 屬於甲板機械重要輔機，通常安裝於艏樓甲板（Forecastle deck），主軸水平配置（若垂直配置者多稱為 Anchor capstan，即起錨絞盤）。其主要功用是收放船錨及錨鏈（Anchor chain），利用掣鏈器（Chain stopper）與帶式煞車（Band brake）控制起放速度；軸端常附有絞纜筒（Warping head / Drum），兼具繫泊帶纜功能。

(2) uniflow scavenging

• 標準翻譯：單流掃氣（亦稱直流掃氣、端流掃氣）
• 功能與系統解說： 為大型二行程船用低速柴油機最廣泛採用的換氣形式（相較於橫流掃氣 Cross flow 與迴流掃氣 Loop flow）。其新鮮空氣經由汽缸套下部的掃氣口（Scavenging ports）呈螺旋切向進入汽缸，由下往上將燃燒廢氣經由汽缸蓋頂部的液壓驅動排氣閥（Exhaust valve）排出。氣流沿軸向單向流動，無氣流轉折與死角，掃氣效率及過量空氣係數最高，廢氣殘留量最低。

(3) bilge pump

• 標準翻譯：艙底污水泵（簡稱污水泵、艙底泵、舷底水泵）
• 功能與系統解說：