108 警察特考四等 水上警察人員輪機組 輪機學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考四衝程柴油機的活塞平均速度與曲軸轉速之間的關係。活塞每轉一圈，往返運動一次，因此走過的總距離為兩個衝程，即 $2L$。若曲軸每分鐘轉 $N$ 圈，活塞每分鐘走過的距離為 $2LN$；換算成每秒的平均速度：

缸徑 $D$ 不影響本題轉速計算，因為已知的是活塞平均速度與衝程。

解題方法

由公式整理轉速：

先將衝程換算為公尺：

代入 $V=13.3\ \mathrm{m/s}$：

核心觀念

本題考查柴油機燃油在送入噴油設備前，如何去除水分、固體雜質與沉渣，避免燃油泵、噴油嘴磨耗或阻塞，並維持燃燒品質。作答時可依燃油流程，說明各項淨化設備的分離原理及功用。

解題方法

依燃油由儲存、沉澱、離心分離到最後過濾的順序作答，並區分「利用重力沉降的槽櫃」、「利用離心力的分油機」及「利用濾材攔截的濾器」。各設備功能有前後銜接關係：前段先去除較大量的水與沉渣，後段再攔截較細微的固體雜質。

燃油淨化處理設備及功用

1. 沉澱櫃（Settling tank） 燃油在櫃內停留，使密度較大的水分及固體雜質在重力作用下沉至櫃底，再由排放閥定期排出。沉澱櫃也提供燃油加熱與穩定供油的空間，減輕後續分油機負荷。櫃底沉渣須定期排放，避免船舶搖晃時重新混入燃油。

2. 燃油加熱器（Fuel oil heater） 加熱可降低燃油黏度，使水滴與固體雜質較易分離，提升離心分油機的處理效果。加熱溫度應依燃油性質及設備操作規範控制，避免過熱造成燃油劣化或危害設備。

3. 離心分油機（Centrifugal separator） 利用高速旋轉產生的離心力，將不同密度的物質分離：較重的水分與固體雜質移向轉鼓外周，較輕的潔淨燃油則由內側排出。

核心觀念

液壓馬達是將液壓能轉換為機械能的執行元件。壓力油進入馬達後，作用於內部工作元件，使轉子旋轉，輸出轉矩與轉速；其作用原理與液壓泵相反。常見型式包括齒輪式、葉片式及柱塞式液壓馬達。

液壓馬達的轉速主要取決於輸入流量與排量；輸出轉矩則主要取決於馬達進、出口的壓力差與排量。忽略洩漏及機械損失時：

其中 $n$ 為轉速、$Q$ 為輸入流量、$V$ 為馬達每轉排量。若考慮容積效率 $\eta_v$，則：

馬達理論輸出轉矩為：

其中 $\Delta p$ 為馬達進、出口壓力差。由此可知，調速的基本途徑是改變輸入流量 $Q$，或改變馬達排量 $V$。

解題方法

本題分成兩部分作答：先說明液壓馬達的功能與能量轉換，再依照轉速公式，分類說明各種調速方法。作答時應指出每種方法如何改變流量或排量，並交代其適用特性與主要缺點。

液壓馬達的調速方法

一、節流調速

在液壓迴路中設置節流閥，藉由改變閥口開度控制流入馬達的流量，進而改變轉速。閥口縮小，流量減少，馬達轉速降低；閥口加大，流量增加，轉速提高。

節流調速構造簡單、成本較低，但節流處會產生壓力損失，造成能量轉為熱量，效率較低；負載變動時，通過節流閥的流量也容易受影響，轉速穩定性較差。

二、容積調速

核心觀念

兩台離心泵的組合方式，會改變泵組的揚程—流量特性：

• 串聯：同一股水流依序通過兩台泵，流量相同，揚程相加。
• 並聯：兩台泵同時向共同管路供水，揚程相同，流量相加。

設單台泵在相同轉速下的性能曲線為 $H_p(Q)$，其中 $Q$ 為流量、$H_p$ 為揚程。

解題方法

1. 串聯使用

同一流量依序通過兩台泵，兩台泵的揚程相加：

$H_{\text{串聯}}(Q)=H_p(Q)+H_p(Q)=2H_p(Q)$

串聯適合需要較高揚程的系統，例如輸送高度差較大或管路阻力較大的場合。

2. 並聯使用

兩台泵在相同揚程下各自輸送水量，總流量相加：

$Q_{\text{並聯}}(H)=Q_p(H)+Q_p(H)=2Q_p(H)$

並聯適合需要較大流量的系統，例如供水量需求較大的場合。

以上是泵組性能曲線的組合關係。實際運轉點仍由泵組性能曲線與管路系統曲線的交點決定，因此系統中的流量或揚程不一定恰為單台泵的兩倍。

解題技巧

記住「串聯加揚程、並聯加流量」：串聯時同一股水流依序通過泵；並聯時兩泵在相同揚程下分擔流量。作答時補充實際工作點受系統曲線影響，可避免誤以為流量或揚程在所有系統中都固定加倍。

（二）離心泵例行管理的主要內容

核心觀念

離心泵例行管理的目的，是確保泵能正常吸水與輸送，並及早發現汽蝕、洩漏、過熱、振動等異常。管理工作可依運轉時序分為運轉前檢查、運轉中監視及停機後保養。

解題方法

核心觀念

本題考查輪機員面對機艙重大事故時，能否依「先保人命、再控制事故、維持船舶安全」的次序，迅速通報、執行應變並與船長及其他部門協調。重大事故包括機艙火災、爆炸、嚴重進水、主機或發電機重大故障、失電，以及可能危及人員或船舶安全的其他事故。

緊急處置應依船舶安全管理系統、應變部署表及船上演習程序執行。不同船舶的設備與程序各有差異，輪機員須依現場狀況及船上指揮系統採取行動。

解題方法

答題可依「發現通報、救人警戒、控制事故、維持船舶安全、善後紀錄」的順序敘述。這個架構涵蓋事故初期的即時反應，也包括後續復原與回報。

緊急應變處置

1. 確認事故並立即通報 發現異常後，迅速確認事故種類、位置、範圍及可能危害，立即通知輪機長與駕駛台，說明機艙狀況、主機與發電機狀態，以及是否有人員受傷或受困。必要時依船上程序發出警報，召集應變人員。

2. 確保人員安全 優先確認現場人員是否撤離、受傷或失聯。救援人員應依規定穿戴防護裝備，避免單獨進入有濃煙、高溫、缺氧、有毒氣體或淹水風險的區域。發生人員受傷時，安排急救並回報駕駛台。

3. 辨識危害並控制事故擴大 依事故類型採取適當措施：

• 火災或爆炸：確認燃燒物與火勢位置，切斷相關燃油、滑油及電源，依船上程序停止通風、關閉防火門或風門，並使用適當滅火設備。使用固定式滅火系統前，須依程序確認人員撤離及空間封閉，並與駕駛台協調。
• 機艙進水：查明進水來源與範圍，關閉相關閥門或水密設備，啟動適當抽水設備，監視水位及船體狀況，並通知駕駛台。

核心觀念

本題考查輪機學常見英文術語的中文譯名，涵蓋柴油機工作行程、泵浦構造與種類、軸承零件及冷卻水系統。作答時須依機械功能和上下文翻譯，避免把相近術語混淆。

解題方法與名詞解析

（一）power stroke：動力行程（膨脹行程） 四行程柴油機中，燃油在氣缸內燃燒，燃氣膨脹推動活塞下行並輸出功的行程，稱為動力行程，也稱膨脹行程。

（二）plunger pump：柱塞泵 以柱塞在泵缸內往復運動，改變工作腔容積而吸入、排出液體的容積式泵。與通常具有旋轉葉輪的離心泵不同，柱塞泵屬往復式容積泵。

（三）bearing bush：軸承襯套 裝在軸承座內、與軸配合承受負荷並提供滑動面的套狀零件，常見於滑動軸承。依零件形式與用語，也可稱「軸瓦」；本題採「軸承襯套」最能對應原詞。