民國115年 普通考試 輪機技術 船舶主機概要
第4題
在衝動式渦輪蒸汽機中，當蒸汽流經噴嘴與動葉片時，試繪簡圖說明其 壓力與速度之變化。（25 分）
題目
在衝動式渦輪蒸汽機中，當蒸汽流經噴嘴與動葉片時，試繪簡圖說明其 壓力與速度之變化。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、基本原理：衝動式渦輪（impulse turbine）之蒸汽僅在噴嘴（nozzle）中膨脹降壓、增速，進入動葉片（moving blade）後，因葉片通道截面不變，理論上不再膨脹，反動度（degree of reaction）為零，主要靠蒸汽動量方向改變所產生之衝擊力推動葉輪作功。
- 二、簡圖結構描述：圖中左側繪製收縮-擴張形噴嘴，蒸汽自高壓端進入；噴嘴出口正對裝置於轉輪（rotor）上的動葉片，葉片呈彎曲通道、等截面；下方繪出速度三角形，標註 U 為葉片圓周速度、V1 與 V2 為進出口絕對速度、Vr1 與 Vr2 為相對速度，以及絕對速度角 α 與相對速度角 β，並以箭頭標示蒸汽流向。
- 三、壓力變化：蒸汽在噴嘴中由進口壓力 p0 降至出口壓力 p1，完成主要之降壓膨脹；進入動葉片後，因通道截面不變且無再膨脹，壓力近似維持 p1，僅因摩擦與渦流損失而略微下降，出口壓力 p2 約等於 p1。故整級之壓力降幾乎全部發生於噴嘴，動葉片前後可視為等壓。
- 四、速度變化：蒸汽在噴嘴內由初速 C0 急速增至出口絕對速度 V1，速度大幅提升；進入動葉片後，相對速度 Vr1 轉為 Vr2，因葉片摩擦略為減小，絕對速度則由 V1 降至 V2，動量變化即為葉片所受衝擊力來源。每單位質量作功可表為 w=U(Vw1−Vw2)，速度三角形愈扁平、圓周方向分速度變化愈大，作功愈多。
- 五、多級配置與繪圖提醒：單級衝動式因速度比過大，出口餘速損失顯著，故常採速度複式（velocity compounding）或壓力複式（pressure compounding）分級，使各級速度三角形相近而效率提高。繪圖時須標明噴嘴形狀、葉片彎曲方向、蒸汽流向箭頭、各點壓力與速度符號，並提醒依上述結構與標註完成簡圖。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。