114 警察特考四等 水上警察人員類別輪機組 輪機學概要 考古題詳解

核心觀念

複合循環又稱雙重循環（dual cycle）或 Sabathé 循環，是壓縮點火式柴油機的理論循環。它把燃燒供熱分成兩段：先在定容下供熱，再在定壓下供熱，因此結合了奧圖循環的定容供熱與柴油循環的定壓供熱。

題目要掌握各過程在 $P$-$V$ 圖上的方向與形狀，以及每段代表的熱力學變化。循環由兩個絕熱過程、一個定容供熱過程、一個定壓供熱過程，以及一個定容放熱過程組成。

解題方法：先標狀態點，再依序連線

作圖時，橫軸為容積 $V$，縱軸為壓力 $P$。狀態點依循環順序標為 $1 \to 2 \to 3 \to 4 \to 5 \to 1$：

 P
 ↑
 │ 3 ───────→ 4
 │ ↑ ╲
 │ │ ╲
 │ │ ↘
 │ 2 5
 │ ↖ │
 │ ╲ ↓
 │ ╲────────── 1
 └────────────────────────────→ V

示意圖中 $2 \to 3$ 與 $5 \to 1$ 是定容過程，故畫成垂直線；$3 \to 4$ 是定壓過程，故畫成水平線。$1 \to 2$ 與 $4 \to 5$ 為絕熱曲線。

循環各過程

1. $1 \to 2$：絕熱壓縮 活塞壓縮氣缸內空氣，容積減小，壓力與溫度升高。理想循環中與外界無熱量交換，可用 $PV^\gamma=\text{常數}$ 表示，其中 $\gamma=C_p/C_v$。

核心觀念

電力傳動推進是指主機先帶動發電機發電，再由電力系統將電能供給推進電動機，推進電動機帶動螺槳。典型能量流程為：

本題要求比較這種推進方式的優點與缺點。作答時可從機艙配置、操縱性能、設備與維護、能量轉換效率及初期成本等方面整理。

解題方法

先以「電力傳動便於配置與控制，但增加電能轉換環節」作為比較主軸。發電機與推進電動機之間以電力連接，省去主機與螺槳軸系必須保持固定機械配置的限制；但電能經過發電機、配電設備及電動機等環節，會增加設備與能量損失。

優點

1. 機艙配置彈性較大：發電機組與推進電動機不必位於同一軸線，設備布置較有彈性，可配合船體空間與用途安排。
2. 操縱與調速方便：推進電動機可透過電力控制調整轉速及轉向，低速操縱性佳，適合需要頻繁變速、倒車或精細控制推力的船舶。
3. 有利於多軸及多機配置：可由多部發電機組供電給一部或多部推進電動機，便於採用多軸推進，也能依負載投入或停止部分發電機組。
4. 主機運轉安排較靈活：發電機組可選擇較合適的運轉組合，以配合推進及船上用電需求；在部分負載情況下，也可避免所有主機都必須直接配合螺槳轉速運轉。
5. 船上電力整合便利：推進與一般船用電力可納入整體電力系統規劃，便於集中管理及分配電力。

核心觀念

板式真空蒸發式造水機是利用低壓下海水沸點降低的原理，以柴油主機冷卻水套的餘熱加熱海水，使海水在真空中低溫蒸發，再將水蒸氣冷凝成淡水。其本質是減壓蒸餾：水蒸發後與鹽分分離，鹽分留在濃縮海水中。

水的沸騰條件可表示為：

降低蒸發室壓力後，海水便能在低於常壓沸點的溫度下沸騰。因此，約 $70\sim 85^\circ\mathrm{C}$ 的主機冷卻水套水即可提供蒸發所需熱量，無須另設高溫熱源。實際蒸發溫度與真空度依機型及操作條件而定。

解題方法：依水流、熱流與蒸汽流說明

1. 建立真空 海水泵供給噴射器（ejector）工作海水。噴射器利用高速水流形成抽吸作用，排除蒸發室內的空氣及不凝結氣體，並協助排出濃縮海水，使蒸發室維持低壓真空。真空建立後，海水沸點下降。

2. 海水供給與預熱 一部分海水作為造水原料，經流量控制後進入蒸發器；另一部分海水流經冷凝器，吸收蒸汽凝結釋出的熱量。這股海水因而預熱，可提高熱回收效率，再進入蒸發器。各機型的海水分流及管路配置會有差異。

3. 板式蒸發器加熱與蒸發 主機冷卻水套水流經蒸發器板片的一側，海水流經相鄰流道，兩者隔著板片交換熱量，彼此不直接混合。海水在真空及低沸點條件下受熱，部分迅速蒸發成水蒸氣；

核心觀念

本題考查《防止船舶污染國際公約》（MARPOL）附則 I「防止油污染」對機艙艙底含油污水的處理與排放規定。機艙含油污水不得直接排入海中；原則上應收集處理，並在符合公約規定時，才可由船上設備處理後排放。

以下以命題當年（民國 114 年）法規為準。

解題方法

作答時依序掌握「收集、分離、檢測、排放或留存」：

1. 收集含油污水：將機艙艙底含油污水收集於艙底水櫃等適當處所，不可直接排海。
2. 使用核准設備處理：船舶航行中，含油污水須經主管機關核准的油水分離設備（oily-water separator）或油份過濾設備處理。
3. 確認排放條件：排出水的含油量須不超過 15 ppm，且不得藉由加水稀釋來符合標準；排放時須使用油份監測及控制裝置。
4. 不符合條件時留存：設備無法正常操作、含油量超標或不符合排放條件時，應停止排放，將污水留船，交由港口接收設施處理。

排放條件與限制

依 MARPOL 附則 I 第 15 條，機艙艙底含油污水排海，須符合公約規定的條件，包括：

核心觀念

本題考查船舶柴油主機常見零件的中英文名稱，須能辨認各零件的功能與所在部位。作答時應使用輪機專業通用譯名，並避免把相鄰或相關零件混淆。

解題方法

依英文名詞辨認零件，再用其功能核對中文名稱：飛輪儲存旋轉動能，使曲軸轉動較平順；曲軸將活塞的往復運動轉換為旋轉運動；排氣閥控制燃燒後廢氣排出汽缸；渦輪增壓器利用排氣能量驅動渦輪，帶動壓縮機提高進氣壓力；燃油噴射器將燃油霧化並噴入汽缸。

各名詞解析

(一) Fly wheel：飛輪 安裝於曲軸端部，利用自身轉動慣量儲存能量、緩和曲軸轉速波動，並協助主機平順運轉。

(二) Crank shaft：曲軸 將活塞經連桿傳來的往復運動轉換為旋轉運動，並將動力傳至傳動系統。

(三) Exhaust valve：排氣閥 設於汽缸燃燒室頂部或汽缸蓋，於排氣行程開啟，使燃燒後的廢氣排出汽缸。