112 高普考高考三級 輪機技術 輔機 考古題詳解

核心觀念

往復泵屬於容積式泵，藉活塞或柱塞在泵缸內往復運動，改變工作室容積，完成吸入與排出。它適合輸送流量較小、需要高壓或需要精確定量的液體。

排出量呈脈動，主要因為活塞往復一次中，排液只在排出行程進行，且活塞速度隨曲柄轉動而變化；排出行程開始與結束時速度接近零，中間速度較高，因此瞬時流量不均。

應用場合與特性

常見應用場合：

• 鍋爐給水、燃油與潤滑油等需要較高排出壓力的場合。
• 化學藥劑注入、定量加藥等要求輸送量精確的場合。
• 小流量、高壓力或輸送黏度較高液體的場合。

主要特性：

• 排出壓力高，且在適當條件下流量與轉速及每行程排量有關，適合定量輸送。
• 容積效率較高，對黏度較高的液體也有適用性。
• 流量較小，構造與維護相對較繁複，並有往復慣性力與振動。
• 排出流量不連續，管路容易產生壓力波動與水擊。
• 排出閥關閉或管路堵塞時，壓力可能迅速升高，應設置安全閥等保護裝置。

解題方法：脈動原因與改善

核心觀念

爐水吹放是排出部分鍋爐水，再以給水補充，以控制水質並清除沉積物。吹放位置不同，排出的物質也不同：

• 表面吹放（Surface blow／Scum blow）：取水口設在正常水位附近，排除浮在水面或聚集於水面的油膜、泡沫、浮渣及部分懸浮物；也可排出較高濃度的爐水，以控制溶解固體、鹽分與導電度，降低起泡及蒸汽帶水的風險。
• 底部吹放（Bottom blow）：取水口設於鍋爐低處，排除沉降於底部的污泥、沉渣及化學處理後析出的固體，避免沉積物妨礙傳熱或造成局部過熱、腐蝕。

兩者功能不同：表面吹放著重水面浮渣與爐水濃度控制；底部吹放著重底部沉積物清除。

解題方法與操作注意事項

一、表面吹放

**操作目的：**排除水面油污、浮渣與泡沫，並藉由少量排放爐水降低溶解固體濃度。若爐水鹽分或導電度偏高，應依水質檢測結果及鍋爐操作程序調整吹放。

操作注意事項：

1. 先確認爐水水位、蒸汽負載與給水狀況，避免吹放後水位過低；吹放期間應持續監視水位計。
2. 依鍋爐設計與船上程序調節閥門，採短時間、適量吹放，避免大量排水造成水位急降或熱量損失。
3. 吹放後確認水位恢復正常，並檢查閥門是否確實關閉、有無漏泄。
4. 若發現油污，應同時查明污染來源並處理；單靠吹放不能取代污染源排除及水質管理。

二、底部吹放

核心觀念

本題考查船舶壓縮空氣管路的供氣可靠性、壓力安全、空氣品質與管路配置。設計時須依用途區分主機起動空氣、輔機起動空氣、控制空氣及工作空氣，並依各用氣設備所需的壓力、流量與空氣品質配置管路。

船舶壓縮空氣系統的設計與檢驗，應符合船舶適用的船級規範及相關法規。以下依一般船舶設計原則作答；若涉及法規版本，以命題當年（民國 112 年）法規為準。

解題方法

可按「空氣分級、管路配置、排水防污、隔離維修、安全防護」五個面向整理。答題時說明每項設計要求及其目的，即能涵蓋系統設計的主要考點。

設計要求

1. 依用途劃分系統 起動空氣、控制空氣及工作空氣的壓力與品質要求不同，應分別設置或採取適當的調壓、過濾及乾燥措施。重要用途應避免因其他用氣設備大量耗氣而失去供氣能力。

2. 確保供氣能力與可靠性 管路口徑應按最大同時用氣量及允許壓降選定，使最遠端設備仍能取得足夠壓力與流量。重要設備應有適當的供氣備援或替代措施；各供氣支路宜能獨立隔離，以利檢修時維持其他部分運作。

3. 管材、接頭及額定壓力須合適 管材、閥件、法蘭、接頭及軟管應適用於壓縮空氣，並能承受系統的最高工作壓力及可能的溫度、振動與腐蝕環境。高壓管路及接頭應有足夠強度，並避免採用容易鬆脫或造成洩漏的配置。

4. 管路配置應避免積水與積油 管路應適當設置坡度，使凝結水能流向低點排放；低點須設排水裝置，重要支路也應便於排水。管路應避免形成無法排水的凹陷，減少水分、油分累積造成腐蝕、閥件故障或空氣品質惡化。

5. 保持空氣清潔乾燥 壓縮機出口應設適當的油水分離、過濾及必要的乾燥設備。

核心觀念

不凝結氣體是指在冷凍系統工作溫度與壓力下不會凝結的氣體，常見為空氣。它可能在充填冷媒、檢修或抽真空不完全時進入系統，也可能由系統洩漏處吸入。這些氣體會聚集於冷凝器及高壓側，形成額外的氣體分壓，降低冷凍系統的效率。

對冷凍系統的影響

1. 提高冷凝壓力與冷凝溫度 冷凝器內總壓力由冷媒蒸氣分壓與不凝結氣體分壓組成： $P_{\text{總}}=P_{\text{冷媒}}+P_{\text{不凝結氣體}}$ 在相同冷凝溫度下，加入不凝結氣體會使總壓力升高；若系統維持原有壓力，冷媒的凝結條件也會受到影響。

2. 降低冷凝器的傳熱能力 不凝結氣體聚集在冷凝器管壁附近，形成氣體薄膜，增加熱阻，使冷媒向冷卻水或空氣放熱更困難。

3. 增加壓縮機負荷與耗電 冷凝壓力升高會擴大壓縮機的壓縮比，增加排氣溫度、軸功與耗電量，並降低冷凍能力及性能係數。

4. 造成運轉異常或設備損害 高壓可能使高壓保護裝置動作；長期運轉也會增加壓縮機及冷凝器負擔。若系統含水，還可能伴隨冰塞、腐蝕或潤滑油劣化等問題。

排除方法

核心觀念

本題考查鍋爐煙氣餘熱回收設備的功能與差異：

• 省煤器（economizer）：利用鍋爐排煙的餘熱加熱給水，降低煙氣溫度並回收熱能。
• 空氣預熱器（air heater）：利用高溫煙氣加熱進入鍋爐的燃燒空氣。
• 若省煤器給水中含有溶解氧，受熱後氧氣會析出，可能造成管子與集管腐蝕。

解題方法

翻譯時依照「設備構造 → 熱量傳遞方式 → 腐蝕原因 → 空氣預熱器的差異」掌握句意。注意 header 在此指管路的集管；feedwater 為鍋爐給水；flue gas 為煙氣或燃燒廢氣。