114 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

本題考查水的硬度，以及鈣、鎂鹽類在鍋爐受熱後造成的影響。水的硬度主要來自水中溶解的鈣離子（$\mathrm{Ca^{2+}}$）與鎂離子（$\mathrm{Mg^{2+}}$）；工程上常以碳酸鈣當量表示水的硬度。

• 硬水：含有較多鈣、鎂離子的水。硬度可分為暫時硬度與永久硬度。暫時硬度主要由鈣、鎂的碳酸氫鹽造成；永久硬度主要由其硫酸鹽、氯化物等造成。
• 軟水：鈣、鎂離子含量低、硬度低的水。軟化處理常以離子交換方式，使水中的鈣、鎂離子被鈉離子取代。

解題方法

回答分成「定義」與「不宜用於鍋爐的原因」兩部分。說明水中的鈣、鎂鹽類遇熱後會形成沉澱，沉積在鍋爐受熱面成為水垢，即可完整說明硬水造成的主要危害。

暫時硬度加熱時，可用下列反應表示：

$$\mathrm{Ca(HCO_3)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + CO_2 + H_2O}$$

生成的碳酸鈣難溶，容易沉積在鍋爐內壁或受熱管上。永久硬度不會單靠煮沸消除，但在鍋爐中，隨著水分蒸發、鹽類濃度升高，也可能形成硫酸鈣等沉積物。

硬水不適合用於鍋爐水的原因

核心觀念

本題考查液壓操舵裝置如何把駕駛台的舵角命令轉換成舵葉轉動，以及動力、液壓、控制或機械環節故障時，為何舵葉無法到達設計最大舵角。

液壓操舵的基本能量傳遞方式為：

$$\text{舵角命令} \longrightarrow \text{控制裝置} \longrightarrow \text{液壓泵與油路} \longrightarrow \text{舵機作動器} \longrightarrow \text{舵柄、舵桿與舵葉}$$

液壓泵供應的壓力油推動油壓缸活塞，或使旋葉式作動器內的葉片轉動，進而帶動舵柄與舵桿。舵機能否克服舵葉所受水動力矩，取決於液壓系統能提供的壓力、流量與作動行程，也受機械阻力及控制設定影響。最大舵角依船舶設計、舵機行程及限位設定而定，常見設計值約為左右各 $35^\circ$。

液壓操舵主要裝置

一、操舵命令與控制裝置

駕駛台的舵輪、操舵手柄或自動舵發出目標舵角命令；電氣控制裝置接收命令後，控制液壓泵的排油方向與流量，或操作方向控制閥，使舵機向左舷或右舷轉動。

操舵裝置通常設有隨動控制：舵葉到達命令舵角時，回授裝置將實際舵角送回控制端，控制系統使泵或控制閥回到中立位置，停止舵機動作。

二、動力裝置

動力裝置通常包括電動機與液壓泵，部分船舶設有兩組或多組動力單元。泵將油液加壓並送入作動器；電動機則提供泵運轉所需的機械能。

泵的供油量影響舵葉轉動速度；系統壓力與作動器有效面積則影響可產生的推力。若壓力不足，作動器可能無法克服外部負載；若流量不足，舵葉轉動可能過慢，或在規定時間內無法達到命令舵角。

三、油箱、管路與附屬元件

主要包括液壓油箱、吸油及回油管路、濾油器、冷卻器、壓力表、補油與排氣裝置，以及必要的止回閥、方向控制閥與安全溢流閥。

油箱儲存液壓油並供系統補油；濾油器減少污染物進入泵、閥與作動器；溢流閥限制系統最高壓力，以保護設備。油路必須保持暢通且密封，液壓油也必須具有適當油量與狀態。

四、舵機作動器

常見型式包括油壓缸式與旋葉式。

油壓缸式以一個或多個油壓缸推拉舵柄或舵柄上的連桿，使舵桿轉動。旋葉式則以壓力油推動作動器內的葉片旋轉，再由作動器直接帶動舵桿。兩種型式的共同作用，都是將液壓能轉為舵桿的旋轉力矩。

五、舵柄、舵桿與舵葉

舵柄或扇形齒輪等傳動構件連接作動器與舵桿；舵桿將轉矩傳至水下舵葉。舵桿軸承、舵承及其周邊結構須能順暢轉動並承受負荷。

六、舵角回授與限位裝置

舵角傳送器將實際舵角回傳至駕駛台及控制系統；機械限位、電氣限位開關或控制器設定則限制最大行程，避免舵機或舵葉超出設計範圍。限位設定錯誤或回授機構失準，會使舵機提早停止。

解題方法：由「命令到舵葉」逐段查因

分析舵葉達不到最大舵角，可依能量與訊號的傳遞順序檢查：

核心觀念

冷媒是在冷凍系統中循環流動、藉由吸熱與放熱完成熱量搬運的工作流體。自然冷媒泛指自然界原本存在的物質，或由這些物質構成的流體；常見者包括氨、二氧化碳、水、空氣及碳氫化合物。

題目要求列舉五種並說明，作答時應寫出冷媒名稱、代號、主要特性與使用限制。自然冷媒通常具備低臭氧層破壞潛勢，許多種類也有低全球暖化潛勢；但「自然」不代表沒有安全或操作風險。

解題方法

可從自然界常見的基本物質切入，挑選用途明確、特性容易說明的五種：氨、二氧化碳、水、空氣、丙烷。逐項交代代號、冷凍系統中的用途，以及安全或操作上的限制，即可完整回答。

五種自然冷媒說明

1. 氨（Ammonia，R717） 氨具有良好的熱力性能，常用於大型工業冷凍、冷藏及製冰設備。其臭氧層破壞潛勢與全球暖化潛勢低，但具毒性，且具有一定可燃性；系統設計須重視洩漏偵測、通風與人員安全。

2. 二氧化碳（Carbon dioxide，R744） 二氧化碳常用於商用冷凍、冷藏及複合式冷凍系統，臭氧層破壞潛勢為零，全球暖化潛勢低。其臨界溫度低，系統常採跨臨界循環，工作壓力也較高，因此管路、壓縮機與元件須能承受高壓。

核心觀念

冷凍噸（refrigeration ton，RT）是表示冷凍設備冷凍能力的單位，也就是設備在單位時間內移除熱量的能力。它是功率單位，並非設備的重量。

標準冷凍噸的定義為：在 24 小時內，將 1 美制短噸（2,000 磅，約 907 公斤）的水，由 0°C 水凍結成 0°C 冰所需移除的熱量速率。

定義換算

水在 0°C 凍結成 0°C 冰，只計算凝固潛熱。以水的凝固潛熱約為 $80\ \text{kcal/kg}$ 計算：

$$1\ \text{RT} =\frac{907\ \text{kg}\times 80\ \text{kcal/kg}}{24\ \text{h}} \approx 3{,}024\ \text{kcal/h}$$

標準換算值為：

核心觀念

本題考查船舶輪機設備與輪機作業常用名詞的中英文對應。翻譯時須掌握設備用途與船上慣用術語，避免只按中文字面直譯。

解題方法

依設備功能辨認英文名稱：廢氣熱能回收蒸汽設備、船底積水、輪機部門值勤紀錄、起錨設備，以及控制流體流量的閥件。

名詞解析

1. 廢氣鍋爐：Exhaust gas boiler 利用主機等設備排出的高溫廢氣加熱給水、產生蒸汽的鍋爐；亦常稱 exhaust gas economizer。

2. 艙底水：Bilge water 聚集於船舶艙底或機艙底部的水，通常混有油污、燃油或其他雜質。注意 bilge 指艙底部位或艙底積水，不宜直譯為一般的 bottom water。

3. 輪機日誌：Engine-room logbook 記錄輪機運轉、機器狀況、值班事項及相關作業的日誌；亦可簡稱 engine logbook。