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moea_joint_essay 114年 [環工] 環境管理與空污防制、水處理技術

第 一 題

📖 題組:
近來各界對能源之需求及倚賴日益升高,如何節能變成顯學。而水處理流程設置抽水機乃必然之耗能設施,因此如何選用合適的抽水機,有效降低動力費用是非常重要之課題。某一抽水系統,在 20℃條件下,設計抽水量為 2.0 m3/min,總動水頭為 50 m,以電動機直接驅動,抽水機效率為 80%,今為提昇水處理效能,請回答下列問題(請依題目所給條件及【表 1、2】,並選用動力餘裕係數 α 及驅動效率 ηt )?(3 題,每題 5 分,共 15 分) 【表 1】 | 種類規格 | 餘裕係數 α | | --- | --- | | 軸馬力 3.7 kW 以下 | 0.25 | | 軸馬力 5.5 kW 以下 | 0.25 | | 軸馬力 7.5~19 kW | 0.25 | | 軸馬力 22~55 kW | 0.15 | | 軸馬力 75 kW 以上 | 0.10 | 【表 2】 | 驅動裝置 | 驅動效率 ηt | | --- | --- | | 平皮帶 | 0.87~0.90 | | 蝸旋齒輪 | 0.90~0.95 | | 正齒輪 | 0.92~0.95 | | 螺旋齒輪 | 0.95~0.98 | | 直接聯結 | 1.0 |
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

理論水馬力(Water Horse Power)為何?

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計算理論水馬力,公式為 WHP = (γ × Q × H) / (60 × 75) 或使用 kW 單位 (γ × Q × H) / (60 × 102),依常用單位換算。

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水溫 20℃ 時,水的單位重 $\gamma \approx 1000 \text{ kg/m}^3$。 抽水量 $Q = 2.0 \text{ m}^3/\text{min}$。 總動水頭 $H = 50 \text{ m}$。

小題 (二)

抽水機制動馬力(Brake Horse Power)為何?

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制動馬力 = 理論水馬力 / 抽水機效率。

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抽水機效率 $\eta = 80% = 0.80$。 抽水機制動馬力 (軸馬力) $BHP = \frac{P_w}{\eta} = \frac{16.34}{0.80} = 20.425 \text{ kW}$

小題 (三)

需用馬力(Required Horse Power)為何?

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需用馬力 = 軸馬力 × (1 + α) / ηt。需根據軸馬力查表 1 決定 α,根據驅動方式查表 2 決定 ηt。

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根據題意,計算需用馬力:

  1. 決定動力餘裕係數 $\alpha$: 已計算出軸馬力為 $20.425 \text{ kW}$。查【表 1】,軸馬力介於 7.5~19 kW 與 22~55 kW 之間,但此處為 20.425 kW。依據工程慣例或表列級距,通常屬 22kW以下,故應對應前一級距或以較高規格考量。若將其歸於 22~55 kW 級距之較低範圍或視為適用 0.25 (7.5~19 kW 的下一級通常為22~55 kW,但20.4位於間隙。合理推斷其屬於需套用 $\alpha=0.25$,因未達22kW門檻。這裡取 $\alpha = 0.25$)

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