113 高普考高考三級 輪機技術 輔機 考古題詳解
第 一 題20 分
請說明「渦卷泵（Volute pump）」及「渦輪泵（Turbine pump）」之構造，及其工作原理之主要差異，並敘述渦卷泵及渦輪泵各屬於那一類之泵？
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核心觀念
本題考的是離心泵的兩種常見構造：渦卷泵與渦輪泵。兩者都靠葉輪旋轉將能量傳給液體，均屬於動力泵中的離心泵（旋轉動力泵）；主要差異在葉輪外圍的導流與能量回收構造。
此處的「渦輪泵」是指以導葉、擴散器導引液流的離心泵型式，並非以蒸汽或燃氣驅動的渦輪機，也不是另指周邊式再生渦輪泵。
構造與工作原理
渦卷泵（Volute pump）
泵殼在葉輪外圍形成螺旋狀的渦卷流道，流道截面通常沿液流方向逐漸擴大。主要構造包括葉輪、渦卷形泵殼、吸入口及排出口。
液體由葉輪中心附近進入，葉輪旋轉使液體沿葉片向外流動，增加其速度與壓力。液體離開葉輪後進入渦卷流道；渦卷流道逐漸擴大，使液流速度降低，將部分速度能轉換為壓力能，再由排出口排出。渦卷流道也負責收集葉輪周圍流出的液體並導向出口。
渦輪泵（Turbine pump）
泵殼內除葉輪外，另設有固定導葉或擴散器。導葉安置在葉輪外圍，形成有方向性的流道，通常具有擴散效果；液體通過導葉後，再被引向出口。依泵的設計，導葉可為環狀配置，部分構造也會採多級葉輪與導葉，以逐級增加揚程。
液體進入葉輪後，同樣由葉輪旋轉獲得能量並向外流動。與渦卷泵主要以螺旋形泵殼收集液體不同，渦輪泵利用固定導葉改變液流方向、降低流速，並將速度能轉換為壓力能。多級型式則使液體依序通過多組葉輪與導葉，逐級提高壓力。
主要差異整理
| 比較項目 | 渦卷泵 | 渦輪泵 |
|---|---|---|
| 葉輪外圍構造 | 螺旋形渦卷流道 | 固定導葉或擴散器流道 |
第 二 題20 分
液壓換向閥較常見的有那四種控制裝置，請各別詳述其工作原理及優缺點。
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核心觀念
液壓換向閥藉由改變閥芯的位置，切換壓力油與油缸或液壓馬達各油口的連通關係，使執行元件啟動、停止或反向運動。題目所問的「控制裝置」，是指使閥芯移動的操作方式；常見四種為手動式、機械式、電磁式及液壓先導式。
解題方法
作答時依「控制力從哪裡來」分類，再分別說明控制力如何推動閥芯，以及操作上的優缺點。手動式由操作人員直接施力；機械式由設備運動部件觸發；電磁式以電磁力驅動；液壓先導式則以先導油壓推動主閥芯。
四種控制裝置
一、手動式
**工作原理：**操作人員扳動手柄、按壓按鈕或踩踏踏板，透過連桿等機構直接推動閥芯換位。操作力解除後，閥芯可由復位彈簧返回；也可採定位機構，使閥芯保持在切換位置。
**優點：**構造簡單、成本較低，不需電源或先導油壓，操作狀態容易辨識，故障時也較容易檢查。
**缺點：**須由人員在現場操作，不利遠距控制及自動化；操作速度與一致性受人員影響；閥芯所需操作力較大時，操作較費力。
二、機械式
**工作原理：**由機械設備上的凸輪、撞塊、滾輪或連桿等，在機件移動至特定位置時直接推動或觸發閥芯換位。設備運動到設定位置，即可藉此控制後續油路。
**優點：**可依機械位置自動切換，不需操作人員持續控制，也不必依賴電氣訊號；適合用於行程終點控制及固定順序的機械動作。
**缺點：**必須配置接觸式機構，安裝位置與觸發行程需配合設備；接觸部位會磨耗，也可能因撞擊、鬆動或機械位置偏移而造成誤動作。
三、電磁式
第 三 題20 分
請說明蒸發式（Evaporative type）造水機與急驟汽化式（Flash type）造水機之工作原理。
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核心觀念
本題考兩種船舶造水機的蒸發方式：**蒸發式以受熱面持續加熱海水，使其在加熱室內沸騰；急驟汽化式則先將海水加熱，再使其流入低壓室，因壓力降低而部分急速汽化。**兩者都利用水蒸氣冷凝取得淡水，並藉由排放濃縮鹵水控制鹽分。
解題方法
依「海水如何受熱、在哪裡汽化、如何冷凝」的順序說明，即可清楚比較兩種造水機。作答時需指出壓力與沸點的關係，以及蒸汽與鹽分的分離方式。
蒸發式造水機的工作原理
- **加熱海水：**海水送入蒸發室，通常以蒸汽或其他熱源加熱。船用低壓蒸發式造水機常利用主機冷卻水等低溫熱源；降低蒸發室壓力，可使海水在較低溫度下沸騰。
- **沸騰蒸發：**海水在加熱面上受熱並沸騰，產生水蒸氣。蒸發室內的除沫器會攔截夾帶鹽水的水滴，避免鹽分隨蒸汽進入淡水側。
- **蒸汽冷凝：**水蒸氣流至冷凝器，以海水等冷卻介質冷卻凝結，形成蒸餾水。
- **排出濃縮鹵水：**未蒸發的海水逐漸濃縮，須持續或定期排放鹵水，控制鹽度與結垢。
**重點：**汽化發生在受熱的蒸發室內，蒸發所需熱量由外部熱源經加熱面供給。
急驟汽化式造水機的工作原理
- **預熱海水：**海水先通過熱交換器或加熱器升溫，通常利用前一段所產生的蒸汽冷凝熱回收熱量。
- **降壓急驟汽化：**預熱海水流入壓力低於其飽和壓力的閃蒸室。
第 四 題20 分
蒸汽渦輪機因異常情況，但尚未達到緊急停車程度時可以以自動減速手段改善此種異常情況。請說明自動減速之可能發生原因。
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核心觀念
本題考查蒸汽渦輪機的自動減速（automatic slow-down）保護。當渦輪機出現異常，但程度尚未達到緊急停車的門檻時，控制系統會自動降低供汽量或設定轉速，使機組在較低負荷下運轉，以減輕熱負荷、機械負荷或排汽背壓影響，爭取處理異常的時間。
自動減速與緊急停車的差別在於：減速是限制運轉狀態，停車則是切斷進汽，使渦輪機停止作功。各船的控制系統及製造廠設定略有差異，以下列出常見觸發原因。
解題方法
可從渦輪機運轉所依賴的條件切入，依序檢查：
- 軸承潤滑與機械狀況
- 冷凝器與排汽狀況
- 蒸汽供應與渦輪機熱狀況
- 轉速及傳動負荷
若異常尚能藉由降低轉速或負荷控制，通常列為自動減速；若已危及設備安全，則保護系統可能進一步觸發緊急停車。
自動減速的可能發生原因
一、潤滑油壓力偏低
潤滑油壓力低於正常操作值時，軸承油膜可能變薄，增加軸頸與軸承金屬面的接觸風險。自動減速可降低軸承負荷與發熱，常見原因包括油泵供油異常、濾器阻塞、油位過低或管路洩漏。
二、軸承溫度過高
推力軸承或徑向軸承溫度升高，表示潤滑、冷卻或軸承負荷可能異常。降低轉速與負荷可減少摩擦熱及軸承承受的機械作用力。
三、渦輪機振動過大或軸向位移異常
第 五 題20 分
請將下列專業英文翻譯成中文。
Controllable pitch propellers are normally fitted to a flanged tail shaft as the operating mechanism is housed in the propeller boss. As its name implies, it is possible to alter the pitch of this type of propeller to change ship speed or to adjust to the prevailing resistance conditions. This change in pitch is effected by rotating the blades about their vertical axes, either by hydraulic or mechanical means. A shaft generator can be driven at constant speed while allowing at the same time a change of ship’s speed through the propeller. Since it is normally possible to reverse the pitch completely, this type of propeller is used with a unidirectional engine to give full ahead or astern thrust, when maneuvering.
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核心觀念
本題考查可變螺距螺槳（controllable pitch propeller, CPP）的構造、螺距調整方式，以及它與船速、軸帶發電機和操船的關係。翻譯時要掌握各句的因果與功能，尤其是「改變螺距」不等於改變主機轉向；CPP 可藉由改變葉片角度調整推力方向與大小。
解題方法
依原文順序翻譯，先說明螺槳的安裝與操縱機構位置，再說明調整螺距的目的及方式，最後交代軸帶發電機與倒俥操船的效果。重要術語可譯為：
- flanged tail shaft：法蘭式尾軸
- propeller boss：螺槳轂
- pitch：螺距
- prevailing resistance conditions：當時的船舶阻力狀況
- shaft generator：軸帶發電機
- unidirectional engine：單向旋轉主機
- ahead / astern thrust：前進／後退推力
逐句翻譯
- 可變螺距螺槳通常裝設於法蘭式尾軸上，因為其操縱機構設置在螺槳轂內。