111 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

船舶側推器是裝在船首或船尾附近、能產生橫向推力的輔助操縱裝置。常見形式是在船體水線下開設橫向隧道，於隧道內裝設螺槳；螺槳改變旋轉方向，即可使水流向左舷或右舷噴出，船體則受到反向推力。

側推器的核心作用，是在船舶低速或停船時提供橫向力，補足主機、螺槳與舵在低速時操縱能力有限的缺點。其推力作用點若與船舶重心或旋轉中心有縱向距離，還會產生迴旋力矩：

其中 $F_T$ 為側推力，$\ell$ 為側推器作用點至船舶旋轉中心的縱向距離。因此，側推器除了能使船首或船尾側移，也能使船舶轉向。

解題方法

本題分成兩部分作答：先說明「主要功能」，再說明「影響操縱性能的因素」。作答時須指出側推器最適用於低速操船，並從推力大小、作用位置、船速、水深及外在環境等面向，說明實際操縱效果為何會改變。

一、側推器的主要功能

1. 協助靠離碼頭及狹窄水域操船 側推器可對船首或船尾施加橫向推力，使船舶在低速時靠近碼頭、離開碼頭，或修正船首船尾的位置，減少對拖船協助的需求。

2. 提供低速或停船時的橫向控制力 船舶低速時，舵面水流速度不足，舵效降低；側推器可直接產生橫向推力，因此在低速操縱時特別有用。

3. 協助船舶原地轉向或調整艏向 只使用船首側推器時，船首受到橫向推力而偏移，可使船體產生迴旋力矩；搭配船尾側推器時，可分別控制船首、船尾，協助船舶轉向或橫移。

4. 協助定點操船及抵抗外力 在船舶低速時，可運用側推器修正風、流造成的偏移，協助船舶保持預定位置或方向。

二、影響側推器操縱性能的因素

1. 船舶前進速度 側推器在船舶靜止或低速時效果較佳。船速增加後，船體周圍水流會與側推器噴流互相作用，使有效橫向推力及迴旋效果下降。因此，側推器主要是低速操縱輔助設備，不能視為高速航行時的主要轉向設備。

核心觀念

冷媒在冷凍系統中循環，藉由蒸發吸熱、壓縮升壓、冷凝放熱及節流降壓，將熱量由低溫處移至高溫處。選用冷媒時，須同時考量其熱力性、物化性、安全性與環保性；各項條件彼此牽連，應依系統用途與設計條件綜合評估。

解題方法

本題為冷媒選用原則的申論題，依題目列出的四類特性分段作答。每一類先說明評估方向，再列出主要性質及其對系統運轉或使用安全的影響。

一、熱力性

熱力性是指冷媒在循環過程中的熱力學表現，影響系統容量、效率與設備尺寸，主要包括：

• 沸點與蒸發壓力適當：冷媒在所需蒸發溫度下應具有合適的蒸發壓力。蒸發壓力宜高於大氣壓，以降低空氣、水分滲入系統的機會；壓力也不宜過高，以免設備承受過大負荷。
• 冷凝壓力適當：在環境溫度下應能以合理壓力冷凝，避免壓縮機、管路及容器承受過高壓力。
• 汽化潛熱大：單位質量冷媒蒸發時吸收的熱量較多，可在相同冷凍能力下減少冷媒質量流量。
• 臨界溫度高：冷凝溫度應能低於冷媒臨界溫度，使冷媒可在一般冷凍系統的壓力與溫度範圍內有效冷凝。
• 壓縮比適宜：蒸發壓力與冷凝壓力之比不宜過大，可降低壓縮功、排氣溫度及壓縮機負擔。
• 熱傳與流動性能良好：適當的黏度、熱傳性及蒸氣密度，有利於降低管路阻力、改善熱交換器性能，並減少設備體積。
• 排氣溫度不宜過高：過高的排氣溫度會使潤滑油劣化，並降低壓縮機可靠度。

二、物化性

物化性是指冷媒本身的物理與化學性質，以及它與系統材料和潤滑油的相容性，主要包括：

• 化學性質穩定：在正常工作溫度與壓力下不易分解或聚合，也不應與潤滑油、乾燥劑及系統材料產生有害反應。
• 材料相容性良好：不應腐蝕金屬、破壞密封材料或使管路與零件劣化。
• 與潤滑油相容：冷媒與潤滑油須有適當的互溶性與回油能力，使潤滑油能隨冷媒循環並返回壓縮機，避免換熱器積油或壓縮機缺油。
• 不易含水或形成冰塞：冷媒及系統應能維持乾燥；冷媒若與水分作用而形成腐蝕性物質，或水分在節流處結冰，都會造成系統損害。

核心觀念

超速緊急停俥裝置（Over-speed trip）是柴油主機的獨立超速保護裝置。當主機轉速超過設定的安全上限時，裝置會觸發停俥伺服器，迅速切斷燃油供應，使主機停止運轉，避免超速造成曲軸、連桿、活塞等運動部件損壞，或引發其他機械事故。

停俥伺服器是執行停俥動作的機構；題目所問的「何種狀況會作動」，應列出主機保護系統中會使伺服器觸發的危險條件，並說明各條件如何導致停俥。

解題方法

先區分兩個層次：

1. 超速停俥裝置的功能：偵測轉速超過設定值，切斷燃油、停止主機。
2. 停俥伺服器的作動條件：列舉保護系統判定須緊急停俥的狀況。

伺服器的觸發條件會依主機型式與製造廠的保護系統設計而異；答題時掌握常見的主機保護項目，並交代其共同目的，即可完整作答。

停俥伺服器會作動的狀況

常見觸發狀況如下：

• 主機超速：轉速高於超速跳脫設定值，超速裝置動作並切斷燃油。
• 潤滑油壓力過低：潤滑不足會使軸承、活塞等部件失去正常油膜，增加磨損及燒損風險。
• 冷卻水溫度過高或冷卻水壓力過低：冷卻能力不足可能造成汽缸、活塞及汽缸蓋過熱。

核心觀念

熱電耦是一種將溫度轉換成電壓的溫度感測器，主要利用兩種不同金屬導體形成的回路，在兩個接點溫度不同時產生熱電動勢。它屬於接觸式溫度計，量測結果反映感測端與參考端之間的溫差。

構造與原理

熱電耦由兩條材質不同的金屬導線組成，兩端分別接合形成兩個接點：

• 熱接點（量測接點）：置於待測位置，溫度為 $T_h$。
• 冷接點（參考接點）：接至量測儀表，參考溫度為 $T_c$。

當 $T_h\ne T_c$ 時，兩種金屬中的載子因溫度差產生不同的熱電效應，回路中便形成熱電動勢。這是塞貝克效應（Seebeck effect）。量測儀表讀取此電壓，再依熱電耦的材料特性及參考接點溫度換算出熱接點溫度。

對給定的一組金屬，熱電動勢可表示為：

其中 $S_A$、$S_B$ 為兩種金屬的塞貝克係數。於有限溫度範圍內，電壓與溫差常可近似為線性關係；精密換算則須使用該型熱電耦的校正表或特性曲線。

參考接點與溫度補償

熱電耦直接產生的是熱接點與參考接點之間的電壓，因此不能忽略冷接點溫度。傳統作法是將參考接點維持在已知的冰點；現代儀表多以冷接點補償測得端子溫度，再依熱電耦曲線修正電壓，換算出待測溫度。

例如，以 $0^\circ\mathrm{C}$ 作為參考端時，量得的熱電動勢可直接依對應分度表查得熱端溫度；若參考端不是 $0^\circ\mathrm{C}$，則須先進行參考接點補償。

特性

核心觀念

本題考查輪機常用英文設備名稱，需依設備的構造與功能，辨認其標準中文譯名。五個詞彙分別涉及管路閥件、熱交換設備、油水分離機調整件、主機盤車裝置及軸系推力支承。

解題方法

先辨識英文的核心名詞，再連結其在船舶輪機中的用途：

1. butterfly valve：以圓盤在管路內旋轉來控制流量的閥，中文稱「蝶閥」。
2. plate heat exchanger：以多片薄板形成流道、使兩種流體隔板傳熱的設備，中文稱「板式熱交換器」。
3. gravity disc：碟片式離心分油機中，用來配合油水界面位置選擇的碟片，中文稱「重力盤」。
4. turning gear：供主機停機時緩慢轉動曲軸、檢修或起動前檢查使用的裝置，中文稱「盤車裝置」。
5. thrust bearing：承受軸向推力並將推力傳至機座或船體結構的軸承，中文稱「推力軸承」。

詞彙解析

（一）butterfly valve

蝶閥。閥體內有可旋轉的圓盤，轉動閥桿即可調節或截斷管路流體。常用於需要快速啟閉、且閥件結構緊湊的管路。

（二）plate heat exchanger