108 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

本題考查船舶柴油主機的壓縮空氣起動原理，以及起動系統各主要裝置的功能。作答時應掌握兩個重點：

1. 壓縮空氣先儲存在起動空氣瓶內，起動時再按汽缸工作順序依序送入汽缸。
2. 起動空氣推動活塞，使曲軸轉動；達到足以自行發火的轉速後，燃油開始正常噴射，主機轉由燃燒作功維持運轉。

起動空氣壓力依主機設計而定，常見約為 $25\sim30\ \text{bar}$，實際數值以該型主機規範為準。

解題方法

依「空氣如何產生並儲存 → 如何控制與分配 → 如何進入汽缸 → 主機如何自行運轉」的順序說明，便能同時交代起動流程與各裝置的功能。

起動原理與流程

1. 建立空氣壓力：起動空氣壓縮機將空氣壓縮，經冷卻、除水與過濾後，送入起動空氣瓶儲存。
2. 發出起動指令：操作者在駕駛台或機艙操作起動控制閥。起動系統確認盤車機已脫開等安全條件後，控制空氣使主起動閥開啟。
3. 供應起動空氣：起動空氣瓶中的高壓空氣經主起動閥進入主起動空氣管路。一支路供應汽缸起動閥，另一支路供應起動空氣分配器；實際管路配置依主機型式而異。
4. 依序分配至汽缸：起動空氣分配器依主機的發火順序與曲軸位置，逐缸送出控制訊號，使相應汽缸的起動閥在適當時機開啟。
5. 空氣推動活塞：高壓空氣進入汽缸，作用於活塞並推動曲軸轉動。各汽缸依序受氣，主機便持續盤轉。
6. 轉入燃油運轉：主機轉速升至足以自行發火時，燃油系統開始供油，汽缸內的壓縮空氣使燃油自燃。主機自行運轉後，起動控制解除，主起動閥關閉，起動空氣停止供應。

起動空氣的作用是帶動主機達到可自行運轉的轉速，並非取代柴油機正常的燃油燃燒作功。

起動系統主要裝置與功能

核心觀念

本題考查三相交流發電機接入船舶共同母線前，如何使待並機（incoming generator）的電壓與母線電壓同步。同步條件未滿足就合上斷路器，會造成大電流、機械衝擊、過熱，甚至損壞發電機與原動機。

並聯前須符合下列條件：

1. 電壓有效值相等：待並機的線電壓應與母線線電壓相等或非常接近。
2. 頻率相等：兩側頻率應相等或非常接近。同步發電機的轉速與頻率關係為 $n_s=\frac{120f}{P}$ 其中 $n_s$ 為同步轉速（rpm）、$f$ 為頻率（Hz）、$P$ 為磁極數。
3. 相序相同：兩側三相的相序須一致，例如均為 R-S-T。相序錯誤時，即使某一瞬間兩側某相電壓相同，其他相仍不會同步。
4. 相位角相同：合閘瞬間，待並機與母線的對應相電壓須同相，亦即相位角差 $\delta$ 接近 $0^\circ$。

實務上也要求兩側波形相同；船舶同一電力系統的發電機通常具有相同額定頻率及相同波形，因此操作重點是校正電壓、頻率、相序與相位角。

解題方法：並聯程序

作答時依「先確認電氣條件、再調整、最後合閘與分配負載」說明即可。

1. 確認母線狀態：確認已有發電機正常供電，母線電壓與頻率穩定，待並機斷路器保持開路。
2. 啟動待並機：依規定啟動原動機，待轉速與潤滑、冷卻等狀況穩定。
3. 調整待並機電壓：調整勵磁或自動電壓調整器（AVR），使待並機電壓接近母線電壓。
4. 調整待並機頻率：調整原動機調速器，使待並機頻率接近母線頻率。頻率差越小，整步指示器轉動越慢，合閘時刻越容易掌握。
5. 確認相序：相序應在初次接線或設備檢修後確認。若相序不一致，須依船舶電氣程序修正相線接法，不能直接合閘。
6. 觀察整步指示：使用同步表或整步燈觀察相位差及頻率差，待相位接近重合時合上待並機斷路器。
7. 並聯後分配負載：以調速器分配有功負載（kW），以勵磁或 AVR 分配無功負載（kVAr）。並聯成功只代表同步接入，仍須調整負載分擔，避免某機過載或產生循環無功電流。

整步方法（Synchronizing method）

一、同步表法（Synchroscope method）

同步表接於待並機與母線之間，用指針顯示相位差及兩者的頻率差：

核心觀念

本題考查可變螺距螺槳（可調螺距螺槳，Controllable Pitch Propeller，CPP）的構造與操縱原理，以及相較於固定螺距螺槳（Fixed Pitch Propeller，FPP）的優缺點。

螺距是螺槳葉片旋轉一周時，依葉片設定角度理論上前進的距離。CPP 的葉片裝在槳轂上，可藉槳轂內的調距機構改變葉片角度，因而改變螺距。這裡的「螺距」是葉片的幾何設定；船舶實際前進距離會受水流與滑失影響，並不等於理論螺距。

解題方法

回答時依「構造與動作原理 → 操縱效果 → 與 FPP 比較優缺點」說明。作答核心是指出：CPP 主要藉改變葉片螺距控制推力大小與方向，通常不必變更主機轉向，就能由前進推力轉為倒俥推力。

CPP 的槳葉可繞自身葉根軸線旋轉。駕駛台或機艙的螺距控制器發出指令後，控制油經操縱閥及軸系通道送至槳轂內的液壓活塞，再由連桿或曲柄帶動各葉片同步轉動，改變葉片角度。主機保持同一旋轉方向時，將葉片調至不同螺距，即可改變推力；螺距調到零附近時，軸仍旋轉而推力很小；調過零點進入負螺距區，推力方向反轉，使船舶後退。

實際系統通常設有螺距指示、液壓供油與密封裝置，並配置限制或保護機構，以避免螺距變化過快或主機負荷超出允許範圍。

優點

1. 操船反應迅速：可藉改變螺距直接調整推力，並迅速切換前進、停止與倒俥，適合拖船、渡船及需要頻繁操縱的船舶。
2. 主機通常不必反轉：倒俥時改變螺距即可，主機與軸系可維持同方向旋轉，減少主機反轉操作及等待時間。
3. 低速操縱性佳：螺距可連續調整，便於細緻控制推力與船速；部分裝置可在主機維持適當轉速下，調低螺距以減少推力。
4. 主機較容易維持有利運轉狀態：在一定範圍內可配合船舶負荷調整螺距，使主機維持較合適的轉速與負荷，並減少頻繁變速或停車。

核心觀念

本題要說明船舶輔機的主要系統及其組成。輔機是指主推進裝置以外，維持船舶航行、操縱、生活與安全所需的機械、設備及其管路、控制裝置。答題時宜依用途分類，逐一說明系統功能與主要設備；不同船型及航線配置略有差異，以下列一般船舶的典型配置作答。

解題方法

以「動力與電力、流體與熱能、船舶操縱、安全、生活服務」為分類主軸。每個系統均交代兩項：一是用途，二是主要組成。如此能涵蓋常見輔機，同時避免只羅列設備名稱而未說明功能。

船舶輔機主要系統及組成

1. 船舶電力系統 提供船上照明、控制、通訊及各類電動機械所需電力。主要由柴油發電機組、軸帶發電機（如有）、主配電盤、應急發電機與應急配電盤、變壓器、蓄電池、電纜及保護控制設備組成。

2. 燃油系統 儲存、輸送、淨化並供應燃油給主機、發電機及鍋爐。主要設備包括燃油艙、沉澱櫃、日用櫃、輸送泵、供油泵、加熱器、濾器、油水分離或離心淨油機、黏度控制設備及供回油管路。

3. 滑油系統 向主機及各輔機供應潤滑油，並兼具冷卻、清潔與密封作用。主要由滑油艙、滑油泵、冷卻器、濾器、淨油機、管路及監測設備組成。部分大型主機另設汽缸油系統，獨立供應汽缸潤滑油。

4. 冷卻水系統 帶走主機、發電機及其他設備產生的熱量。通常分為海水系統與淡水系統：海水系統由海底門、海水泵、濾器及海水管路組成，供應冷卻器等設備；淡水系統由膨脹櫃、淡水泵、冷卻器及管路組成，循環冷卻機器。淡水冷卻常分高溫與低溫回路。

5. 壓縮空氣系統 供應主機起動、控制、汽笛及維修用氣。主要包括空氣壓縮機、空氣瓶、冷卻器、油水分離器、乾燥器、減壓閥、分配管路與安全閥；主機起動用空氣通常儲存在高壓空氣瓶內。

6. 蒸汽與鍋爐系統 供應燃油加熱、貨油加熱、生活熱水及其他蒸汽需求。主要由主鍋爐或廢氣鍋爐、給水泵、給水處理設備、蒸汽管路、減壓設備、疏水器及冷凝水回收設備組成。是否設置主鍋爐，依船舶型式與用途而定。

核心觀念

本題為輪機英文翻譯，考查繫泊設備、潤滑系統、舵機規格與壓縮機種類的基本術語。翻譯時應掌握設備用途及字詞在輪機工程中的專業意義，避免逐字翻譯造成語意不自然。

解題方法

先辨認句子主詞與用途，再將設備名稱譯為船舶工程常用中文；短語則確認其在規格或設備分類中的意思。

（一）Mooring winches are used to hold a ship in position alongside a pier.

• mooring winches：繫纜絞車（繫泊絞車）
• hold a ship in position：使船舶保持定位
• alongside a pier：靠泊於碼頭旁

全句譯為：繫纜絞車用來使船舶靠泊碼頭時保持在定位位置。

（二）There are two types of lubricating systems: gravity systems and pressure systems.

• lubricating systems：潤滑系統
• gravity systems：重力式系統，利用高度差使潤滑油流向潤滑部位
• pressure systems：壓力式系統，利用油泵建立壓力供油