民國115年 高考三級 輪機技術 渦輪機考古題
民國115年 高考三級 輪機技術 渦輪機收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
請繪製具再熱器之燃氣渦輪機系統裝置圖，以及該系統理論循環之壓力-
容積圖與溫度-熵圖，並說明其熱力循環之過程。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、系統裝置圖（以文字描述，考生依此繪製）：圖中依氣流方向依序標示壓縮機（Compressor, C）、燃燒室（Combustion Chamber, CC）、高壓渦輪（High Pressure Turbine, HPT）、再熱器（Reheater, RH）、低壓渦輪（Low Pressure Turbine, LPT）與發電機或負載，並以箭頭表示空氣與燃氣流向；各設備間標註狀態點1至6，另標示燃料入口、進氣口與排氣口。空氣經C壓縮後進入CC燃燒，燃氣先在HPT膨脹作功，再進入RH二次噴油燃燒升溫，最後於LPT膨脹作功並排至大氣。
- 二、壓力—容積圖（P-V diagram）：縱軸為壓力P、橫軸為比容v。1→2為等熵壓縮，曲線陡峭上升；2→3為等壓加熱，水平線向右；3→4為等熵膨脹；4→5為等壓再熱，於中間壓力水平向右；5→6為等熵膨脹至排氣壓力；6→1為等壓排熱。再熱使膨脹過程呈階梯狀，曲線所包圍面積增大，表示淨輸出功增加。繪圖時應標明各點壓力與容積關係及再熱壓力線。
- 三、溫度—熵圖（T-s diagram）：縱軸為溫度T、橫軸為熵s。1→2等熵壓縮近乎垂直上升；2→3等壓加熱向右上；3→4等熵膨脹垂直下降；4→5等壓再熱水平向右；5→6等熵膨脹垂直下降至排氣狀態；6→1等壓排熱向左下閉合。再熱段位於中間壓力等壓線上，使循環平均吸熱溫度提高，曲線所圍面積即淨功。
- 四、熱力過程與效率計算：η=(W_T−W_C)/Q_in，其中W_T=W_HPT+W_LPT，Q_in=Q_CC+Q_RH，W_C為壓縮功。再熱之目的在提高平均吸熱溫度、增加比功，並降低低壓段葉片之濕度或熱負荷。最佳再熱壓力約為最高壓力與排氣壓力之幾何平均（P_rh≈√(P_max·P_min)），過高或過低均使增益減少；實際判定須以分項效率與葉片冷卻條件核算。
- 五、限制與評述：再熱器增加燃燒室、管路與控制複雜度，提高製造成本與NOx排放，且部分負載時效率下降；高溫段葉片須強化冷卻與材料。答題時宜說明再熱雖提升比功，但效率增益取決於再熱壓力選擇與元件效率，並非必然提高。
以燃氣渦輪機為主機之船舶，其控制系統依位置進行區分，試問有那些
控制位置且具備之控制功能為何？（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、控制位置之分類：以燃氣渦輪機為主機之船舶，控制系統依位置通常分為駕駛台控制（Bridge Control）、機艙控制室控制（Engine Control Room, ECR）、主機就地控制（Local Control）及應急控制（Emergency Control）四級，並以「駕駛台優先、機艙次之、就地最後」之權限轉換邏輯設計，切換時須以指示燈與通話相互確認。
- 二、駕駛台控制：具備主機起動與停止、轉速設定、正倒俥（含可變螺距槳之螺距控制）、離合器接脫、緊急停俥、負載限制與加速速率限制，並顯示警報與運轉參數。航行中由當值船副操作，切換前應經輪機長同意並記錄。
- 三、機艙控制室：中央控制台可監控燃燒室與排氣溫度、滑油壓力與溫度、振動、轉速及燃油流量；執行並聯、負載分配、暖機試俥、燃油切換、警報紀錄與趨勢分析，並可限制或解除駕駛台控制權。
- 四、主機就地控制：於主機旁以手動方式操作空氣起動、點火、盤車、單機試運轉及閥門與泵浦切換，供檢修後測試、遙控失效或調試時使用；操作時須確認人員安全與連鎖解除狀態。
- 五、應急控制：獨立於主控制系統，於失電、火災或遙控故障時切換，具備直接停俥、超速跳脫、緊急切斷燃油與滅火聯動功能；機側另設手動超速跳脫裝置，確保任何情況下均能安全停機。
於船舶航行期間，蒸汽渦輪機運轉應注意事項有那些？（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、蒸汽參數之監控：隨時注意主蒸汽壓力、溫度與過熱度是否維持設計值，並監控排汽壓力與凝汽器真空；真空惡化將使出力下降、排汽溫度升高，甚至造成末級葉片過熱與侵蝕，應即查明冷卻水或抽氣系統狀況。
- 二、機械運轉狀態：連續監測軸承溫度、潤滑油壓力與油溫、轉子振動、軸向位移及汽缸與轉子之脹差；任一參數異常上升，應先降載並檢查，必要時依程序停機，不可勉強運轉。
- 三、熱應力與負載變化：加減負載應平緩，避免急劇變動造成汽缸與轉子溫差過大而產生熱應力與變形；通過臨界轉速時應快速通過，並注意上下缸溫差、法蘭加熱與汽封間隙。
- 四、疏水與水錘防治：定期開啟主汽管、抽汽管及汽缸疏水閥，確保無積水；起動、低負載及暖機階段尤須注意，防止水錘衝擊動葉片，造成葉片斷裂或軸承損壞。
- 五、輔助系統與安全裝置：檢查凝汽器水位、循環水系統、抽氣器、軸封蒸汽壓力及給水加熱器水位；確認調速器、危急遮斷器與超速保護動作正常，並依規定記錄運轉參數與異常處理經過。
蒸汽渦輪機運轉前之暖機準備與作業事項有那些？（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、確認與隔離：確認檢修工作已完成、工作許可證已收回、人員與工具撤離；檢查盤車裝置、聯軸器、主汽閥與各隔離閥開度、儀表及警報系統均正常，並確認轉子可自由轉動。
- 二、潤滑油系統準備：提前啟動輔助油泵建立油壓，將油溫加熱至規定範圍（約35至45℃），檢查油位、油質與濾網壓差，投用油冷卻器，確認各軸承供油正常後方得盤車。
- 三、暖管與疏水：緩慢引入蒸汽暖管，控制升溫速率（一般每分鐘約1至2℃），全程開啟疏水閥排除凝水，防止水錘；確認主汽閥前蒸汽溫度、壓力與過熱度達起動要求。
- 四、抽真空與軸封：啟動抽氣器建立凝汽器真空，供應軸封蒸汽並調整壓力，防止空氣漏入影響真空；確認真空達規定值，避免低真空衝轉造成排汽溫度過高。
- 五、盤車暖機與升速：盤車期間預熱轉子，監控脹差、軸向位移與軸承溫度；衝轉後低速暖機，快速通過臨界轉速，依升速曲線升至額定轉速，檢查振動與聲音正常後併聯帶載，並完整記錄各階段參數。