113 高普考普通考試 輪機技術 船舶輔機概要 考古題詳解

核心觀念

本題考蒸氣壓縮冷凍循環在壓力－焓圖上的狀態變化，以及冷凍機性能係數的比較。比較前須先說明循環假設：常見教材所稱的「飽和冷凍循環」，以蒸發器出口為飽和蒸氣、冷凝器出口為飽和液體；「標準冷凍循環」則在此基礎上，考慮吸氣過熱與液體過冷。各教材對「標準循環」的細節假設略有差異，以下採此常見定義。

壓力－焓圖以壓力 $P$ 為縱軸、比焓 $h$ 為橫軸。循環四個基本過程為：

1. $1\to2$：蒸氣經壓縮機升壓，理想情況為等熵壓縮。
2. $2\to3$：冷媒在冷凝器等壓放熱。
3. $3\to4$：冷媒經膨脹閥節流，近似等焓，故 $h_3=h_4$。
4. $4\to1$：冷媒在蒸發器等壓吸熱。

冷凍機性能係數為：

其中 $q_L$ 為單位質量冷媒的冷凍效果，$w_c$ 為壓縮機單位質量耗功。

解題方法與 $P$-$h$ 圖

先在圖上標出低壓蒸發線與高壓冷凝線，再依各狀態是否為飽和、過熱或過冷，定位循環端點。下圖為示意圖，實際冷媒圖上的飽和穹頂形狀依冷媒而異。

 P
 ↑
高壓 │ 3s ←──── 2s 3t ←────── 2t
 │ │ ╲ │ ╲
 │ │ ╲ │ ╲
 │ │ ╲ │ ╲
低壓 │ 4s ──┴──────→ 1s 4t ──┴──────────→ 1t
 └────────────────────────────────────────→ h
 飽和循環 標準循環

圖中 $s$ 表示飽和循環，$t$ 表示包含過熱與過冷的標準循環。為便於比較，圖中兩循環假設使用相同的蒸發壓力及冷凝壓力：

核心觀念

本題考查螺旋泵的構造與容積式輸送原理。螺旋泵（Screw pump）屬於旋轉式容積泵，藉由螺桿轉動，使封閉或近似封閉的液體空間沿泵軸方向移動，將液體由吸入口送至排出口。常用於船舶燃油、滑油及其他黏性液體的輸送。

構造

螺旋泵主要由泵殼、主動螺桿、從動螺桿、吸入口、排出口、軸承與軸封等構成。

• 泵殼：包覆螺桿並形成工作空間；內部與螺桿外形配合，使液體能沿軸向輸送。
• 螺桿：常見型式有單螺桿、雙螺桿及三螺桿。雙螺桿泵由一根主動螺桿帶動另一根從動螺桿；三螺桿泵通常以中央主動螺桿帶動兩側從動螺桿。
• 吸、排油口：吸入口設於工作腔容積增大的一端，排出口設於液體被推送至泵腔另一端的位置。
• 軸承與軸封：支承螺桿軸並防止液體外漏；依泵的設計，螺桿可由外部軸承支承，部分機型亦利用輸送液體潤滑。

解題方法與工作原理

說明時依「螺桿轉動、工作腔形成、液體軸向移動、排出」的順序，即可完整交代工作原理。

1. 螺桿旋轉：動力帶動主動螺桿轉動；在多螺桿泵中，從動螺桿隨之轉動，螺桿彼此嚙合或與泵殼配合。

核心觀念

鍋爐分類題要先確認分類依據，再列出各類型及其區別：

1. 依用途：看鍋爐供應的蒸汽或熱量用於何處。
2. 依燃氣與水所在位置：看燃燒產生的高溫燃氣與鍋爐水分別在管內或管外。
3. 依爐水循環狀況：看爐水是否靠密度差自然流動，或由泵強制推送。

三種分類依據彼此獨立，同一座鍋爐可同時具有三種分類名稱。

解題方法

依題目指定的三項分類逐一作答。每一項都要交代分類依據、各類名稱及基本特徵；尤其要明確說出「管內流的是燃氣還是水」，以及自然循環與強制循環的差別。

一、依用途分類

1. 動力鍋爐

產生蒸汽供蒸汽機或蒸汽渦輪機作功，將熱能轉換為機械能或電能。船舶主推進蒸汽機、蒸汽渦輪機所需的蒸汽，屬此類鍋爐的用途。

2. 供熱鍋爐

產生蒸汽或熱水，供暖房、加熱設備或製程使用，主要目的為供熱，而非直接驅動原動機。

3. 船舶鍋爐

裝設於船舶上，供應船舶運轉所需蒸汽或熱量。依實際用途，可供應蒸汽渦輪機、貨油加熱、燃油加熱、生活用熱及其他輔機使用。船舶鍋爐可兼具動力與供熱用途。

二、依燃氣及水所在位置分類

1. 火管鍋爐（煙管鍋爐）

高溫燃氣在管內流動，鍋爐水在管外包圍管子。燃氣經管壁將熱量傳給管外的水，使水受熱汽化。火管鍋爐通常構造較簡單、鍋水容量較大，適用於中低壓及蒸汽需求較穩定的場合。

2. 水管鍋爐

核心觀念

本題考查熱交換器的傳熱原理。熱量會由高溫流體經管壁或板壁傳至低溫流體；傳熱速率受兩流體的溫差、壁材的導熱能力，以及材料的傳熱面積與厚度影響。

解題方法

先辨認句子的主詞與核心動作：主詞是「熱量的流動速率」，動作是「與……有關」。接著依序翻譯影響因素，並保留高溫流體、低溫流體及管壁或板壁之間的傳熱方向。此句描述傳熱因素，無須另行代入公式計算。

參考譯文

核心觀念

本題考查船舶輪機與船舶操縱常用名詞的中英文對應，重點是掌握標準技術用語，而非逐字翻譯。

解題方法

依各名詞所屬設備或部位，直接使用輪機與船舶領域通行的英文術語：

1. 「氣缸」是內燃機中活塞往復運動的圓筒形工作空間，英文為 cylinder。
2. 「下死點」是活塞在氣缸內運動時距曲軸中心最遠的位置，英文為 bottom dead centre（美式拼法：bottom dead center）。
3. 「離心泵」是利用葉輪旋轉產生離心作用輸送液體的泵，英文為 centrifugal pump。
4. 「穩定翼」是用來減少船舶橫搖的裝置，英文為 stabilizer fin。