BFC21103 Chapter6.pdf

Embed Size (px)

Citation preview

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    1/45

    BFC21103 Hydraulics

    Chapter 6. Hydraulic Machinery

    Tan Lai Wai, Wan Afnizan & Zarina Md Ali

    [email protected]

    Updated: September 2014

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    2/45

    Learning Outcomes

    At the end of  this chapter, students should be able to:

    i. 

    Calculate the

     efficiency

     of 

     pump

     and

     turbine;

    ii. Determine the discharge and energy head of  

    pumps in

     parallel

     and

     series;

     and

    iii. Carry out similitude analysis between model and 

    prototype of  pump and turbine.

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    3/45

    6.1 Turbines

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Turbine is a hydraulic machine that utilises the energy of  fluids to 

    move other types of  machineries.

    A common

     use

     of 

     turbine

     is

     in

     the

     hydroelectric power generation plant.

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    4/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Classification of  Turbines

    Based on the hydraulic action at the inlet, turbines can be classified as:

    a.   Impulse turbine (Pelton wheel or turbine) ‐ derives its energy from a  jet of  

    water exiting out of  a nozzle and shooting at the blades of  turbine. 

    b.   Reaction turbine (Francis turbine or Kaplan turbine) ‐ derives its power 

    from the equal and

    Pelton wheel

    opposite reactive 

    power of  fluid 

    passing between its 

    blades.

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    5/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Based 

    on 

    the 

    direction 

    of  

    flow 

    through 

    the 

    runner, 

    turbines 

    can 

    be 

    classified 

    as:a.   Tangential flow turbine (Pelton wheel)

    b.   Radial flow turbine (Francis turbine, Thomsen and Girard turbines)

    c.   Axial flow turbine (Kaplan turbine)

    d.   Mixed flow turbine (modern Francis turbine)

    Pelton wheel Francis turbine Kaplan turbine

    Radial 

    flow 

    turbine

    Mixed 

    flow 

    turbine

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    6/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Based 

    on 

    the 

    head 

    of  

    water 

    H , 

    turbines 

    can 

    be 

    classified 

    as:a.   High head turbine (Pelton wheel, H > 250 m)

    b.   Medium head turbine (modern Francis turbine, 60 m ≤ H ≤ 250 m)c.   Low head turbine (Kaplan turbine, H 

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    7/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Based on the specific speed N s, turbines can be classified as:

    a.   Low specific speed turbine (Pelton wheel, Ns of  10 to 35)

    b.   Medium specific speed turbine (Francis turbine, Ns of  60 to 400)

    c.   High specific speed turbine (Kaplan turbine, Ns of  300 to 1000)

    Kaplan turbine

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    8/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    6.2 Pumps

    A pump is a hydraulic machine which supplies energy to fluid in 

    certain operation, e.g. in water distribution system.

    Based on the mode of  action of  conversion of  mechanical energy 

    into hydraulic

     energy,

     pumps

     are

     classified

     as:

    a.   rotadynamic pumps (centrifugal pump) and

    b.   positive 

    displacement 

    pumps. 

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    9/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Rotadynamic pump

    Rotadynamic pumps consist of  a rotating device known as an impeller. Fluids 

    to be pumped enters a casing near the shaft of  the impeller. Vanes attached 

    to the spinning impeller increases the velocity of  the pumped fluid and moves 

    the fluid out through an outlet. The most common rotadynamic pump are 

    centrifugal pump and propeller pump. Centrifugal pumps produce radial flow and mixed flow according to the fluid path. Propeller pumps which also 

    consist of  an impeller produces axial flow.

    Propeller pump

    Centrifugal pump

    Impeller   Casing

    Impeller eye

    Suction

          D      i     s     c      h     a     r     g     e

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    10/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    6.2 Power and Efficiency of  Pump

    In pump operation, the mechanical energy through the shaft and impeller 

    is converted to fluid energy. The difference between the total head of  

    energy between the intake and discharge flanges of  the pump is denoted 

    as 

    net 

    head 

    H  developed 

    by 

    the 

    pump. 

    The 

    intake 

    end 

    (flow 

    inlet) 

    of  

    pump is commonly known as the suction end and the discharge (flow 

    outlet) of  a pump is the delivery end.

    ⎥⎦

    ⎤⎢⎣

    ⎡++−⎥

    ⎤⎢⎣

    ⎡++=−=

    g

    V z

     p

    g

    V z

     pHHH   ss

    sd d 

    d sd 

    22

    22

    γ  γ  

    Delivery

    Suction

    P

    D

    S

     ps

     pd 

     zd 

    , V d 

     zs, V s

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    11/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Discharge through a pump is given as

     fd d d  fsss   V BDV BDQ   π π    ==

    where,  Bs, Bd    =  widths of  the runner at the suction and delivery ends

    V  f 

      = velocity of  flow through the runner

    Power of  pump at suction end Ps (or input power Pi )

    ( )ussud d i s   V uV uQT PP   −===   ρ ω 

    Power delivered at the discharge end Pd  (or output power Po)

    QHPP od    γ  ==

    where,  V u   =  swirl velocity or the rate of  shaft rotation in radians per sec

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    12/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Efficiency of  a pump is given as

     shaft the into power

    fluidthetodeliveredpower=η 

     PPi 

    o=η 

    Hmη η η η  ∇=Also,

    where,  η ∇ =  volumetric efficiency

    η m = mechanical efficiency

    η H  = hydraulic efficiency

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    13/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    A centrifugal

     pump

     is

     needed

     to

     supply

     23

     m3/s

     of 

     water

     for

     a city.

     

    This operation will utilise a net head H = 20 m and specific speed N = 

    450 rpm. If  the inflow power Ps is 5000 kW and density of  water  ρ  is 

    1000 

    kg/m

    3

    at 

    C, 

    calculate:(a) Output power Pd 

    (b)  Overall efficiency of  the pump η 

    Activity 6.1

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    14/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Given Q =

     23

     m

    3

    /s, H =

     20

     m,

     N =

     450

     rpm,

     Pi  =

     5000

     kW,

     

     ρ  = 1000

     kg/m

    3

    (a) Output power

    kW6.451220239810   =××==   QHPo   γ  

    (b)  Efficiency of  the pump

    %25.909025.05000

    6.4512====

     P

    P

    oη 

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    15/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    6.3 Characteristic Curves of  Pump

    The characteristic curves of  a pump is usually provided by the pump manufacturer through laboratory tests. 

    Characteristic curves

     of 

     a typical

     mixed

    ‐flow

     centrifugal

     pump

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    0 3 6 9 12 15 18

    Capacity Q   ('000 gpm) 

        H   e   a

        d      H

     

        (    f    t    )   a   n    d   p   u   m   p

       e    f    f    i   c    i   e   n   c   y 

        (    %    )

    0

    100

    200

    300

    400

    500

        H   o   r   s   e   p   o   w   e   r    (    k    W    )

    This pump has a normal 

    capacity or rated capacity

    of  10,500 gpm when developing a normal head 

    of  60 ft at an opening 

    speed of  1450 rpm. 

    BEP

    H e ad 

        E    f    f    i  c

        i  e   n  c   y

     B r a k e 

     h o r s e p o w e r

      W a t e r

     

      h o r s e p

     o w e r

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    16/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Relationship between

     input

     power

     Pi ,

     efficiency

     

    η  and head

     H starts

     when intake valve is closed, and the impeller spins until pressure at 

    output increase to the maximum head (shut‐off  head). When the valve is 

    open, water will flow through the pipe and the head of  pump will

    decrease. With

     addition

     of 

     flow

     rate,

     the

     pump

     efficiency

     will

     increase

     until it reach a maximum and then decrease to end of  operation.

    Intersection between head and power corresponds to the point of  

    optimum efficiency is the best point to use pump (known as the best 

    efficiency point, BEP).

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    17/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    18/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    6.4 Cavitation

    An important factor in the satisfactory operation of  a pump is the avoidance of  cavitation, both for good efficiency and for prevention of  

    impeller damage. 

    As liquid

     passes

     through

     the

     impeller

     of 

     a pump,

     there

     is

     a change

     in

     

    pressure. If  the absolute pressure of  the liquid drops to the vapour 

    pressure, cavitation will occur. The region of  vaporization hinders the 

    flow and places a limit on the capacity of  the pump.

    As the fluid moves further into a region of  higher pressure, the bubbles 

    collapse and the implosion of  the bubbles may cause pitting of  the 

    impeller. 

    Cavitation is

     most

     likely

     to

     occur

     near

     the

     point

     of 

     discharge (periphery)

     

    of  radial flow and mixed flow impellers, where velocities are highest. It 

    may also occur on the suction side of  the impeller, where the pressures 

    are the lowest.

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    19/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    6.5 Pumps in Parallel

    If  two

     similar

     pumps

     A

     and

     B

     are

     connected

     in

     parallel,

     the

     combined

     

    discharge is the sum of  individual discharges QA and QB. 

    However, the pressure head H remains the same as in single pump.

    The overall

     system

     power

     requirement

     is

     the

     sum

     of 

     the

     power

     required

     

    for each pump at the same head.

    A

    B

    QA, HA

    QB, HB

    BAT   QQQ   +=

    BAT   HHH   ==BAT   PPP   +=

    ( )( )BA

    TBAT

    PPK HQQ

    ++=η 

    K  = unit constant  (= 0.102 for P in kW and Q in m3/s) 

    (= 6,116

     for

     P in

     kW

     and

     Q in

     L/min)

     

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    20/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Determine the

     system

     discharge,

     power

     requirements

     and

     efficiency

     if 

     

    the following pumps are operated in parallel against a head of  27.4 m.

    Activity 6.2

    Pump A Pump B

    QA = 0.0473

     m3/s   QB =

     0.052

     m3/s

    E A = 83%   E B = 73%

    PA = 15.3 kW   PB = 19.1 kW

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    21/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Given H = 27.4 m

    Pump A Pump B

    QA = 0.0473 m3/s   QB = 0.052 m

    3/s

    E A = 83%   E B = 78%

    PA = 15.3 kW   PB = 19.1 kW

    /sm 0993.0052.00473.0  3

    BAT   =+=+=   QQQ

    m 4.27BAT   ===   HHH

    kW4.341.193.15BAT   =+=+=   PPP

    ( )( )

      %54.777754.04.34102.0

    4.270993.0

    BA

    TBAT   ==

    ×

    ×=

    +

    +=

    PPK 

    HQQη 

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    22/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    6.6 Pumps in Series

    If  two similar pumps A and B are connected in series, the combined 

    discharge is the same discharge as single discharge QT  = QA = QB. 

    The pressure head H produced is the combined head produced by the 

    two pumps.

    The overall system power requirement is the sum of  the power required 

    for each pump at the same head.

    A   B

    QA, HA   QB, HB

    BAT   QQQ   ==

    BAT   HHH   +=

    Pumps connected in series

    BAT   PPP   +=( )( )BA

    BATT

    PPK 

    HHQ

    +

    +=η 

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    23/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Calculate the

     discharge,

     pressure

     head,

     total

     power

     required

     and overall

     

    pump system efficiency for two pumps linked in series. The pumps are 

    operated at 1750 rpm and the system design discharge is 0.0473 m3/s. 

    The impeller diameters are DA = 25.4 cm and DB = 30.5 cm.

    Activity 6.3

    Pump A Pump B

    HA = 26.8 m   HB = 33.5 m

    E A = 83%   E B =

     78%

    PA = 15 kW   PB = 19.9 kW

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    24/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Given Q = 0.0473 m3/s

    /sm 0473.0  3

    BAT   ===   QQQ

    m3.605.338.26BAT   =+=+=   HHH

    kW9.349.1915BAT   =+=+=   PPP

    ( )( )

      %12.808012.09.34102.0

    3.600473.0

    BA

    BATT   ==

    ×

    ×=

    +

    +=

    PPK 

    HHQη 

    Pump A Pump B

    HA = 26.8 m   HB = 33.5 m

    E A = 83%   E B = 78%

    PA = 15 kW   PB = 19.9 kW

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    25/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    6.7 Similitude for Pumps and Turbines

    Similarity laws help to interpret the results of  model studies. The relation 

    between model and prototype is classified into 3, i.e.:

    a.  Geometric similarity ‐ prototype and model have identical shapes but 

    differ in

     size.

    b. Kinematic similarity ‐ ratio of  velocities at all corresponding points in 

    flow are the same and involve length and time.

    c. Dynamic similarity

     ‐ two

     systems

     have

     dynamic

     similarity

     if,

     in

     

    addition to dynamic similarity, corresponding forces are in the same 

    ratio in both.

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    26/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Scale Ratio

    Model (m) ‐   similar with object/structure required in certain scale ratio.

    ‐   tested in laboratory and similar in real phenomenon.

    ‐   not always smaller than the prototype.

    Prototype (p)

      ‐ actual

     object/structure

    ‐   tested in actual condition, e.g. hydraulic structures, ship 

    etc.

    1. Performances of  object/structure can be predicted.

    2. Economical and

     easier

     to

     build,

     where

     design

     of 

     model

     can

     be

     

    reproduced many times to achieve the desired design.

    3. Non‐functional structure such as dam can also be measured.

    Advantages of  Similarity

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    27/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    28/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Similarity in Pump

    In similarity relations, the basic repeating variables are the rotational 

    speed N and pump diameter D. Therefore, the similitude laws for head 

    H, discharge Q and power P can be expressed as

    22DN

    HC H = 3

    ND

    QC Q = 53

    DN

    PC P

     ρ =

    2

    p

    2

    p

    p

    2

    m

    2

    m

    m

    DN

    H

    DN

    H=

    Applying similitude laws between model and prototype:

    3

    pp

    p3

    mm

    m

    DNQ

    DNQ =

    5

    p

    3

    pp

    p

    5

    m

    3

    mm

    m

    DN

    P

    DN

    P

     ρ  ρ 

    =

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    29/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    where, N in rpm, Q in m3/s and H in m.

    Two homologous

     pumps

     have

     the

     same

     specific

     speed

     Ns.

     Thus

     between

     

    a geometric model and its prototype,

    4

    3

    H

    QNNs =

    pm   ss   NN  =

    Specific speed

     

    4/3

    p

    pp

    4/3

    m

    mm

    H

    QN

    H

    QN=

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    30/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Two homologous

     pumps

     A

     and

     B

     are

     operating

     at

     the

     speed

     of 

     600

     rpm.

     Pump A has an impeller with diameter 50 cm and discharges 0.4 m3/s of  

    water under a net head of  50 m. Determine the size of  pump B, net 

    head, and the specific speed if  it is to discharge 0.3 m3/s.

    Activity 6.4

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    31/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    From the law of  similarity

    3

    BB

    B

    3

    AA

    A

    DN

    Q

    DN

    Q=

    cm 43.45m 4543.05.04.0

    3.0

    600

    600   31

    33

    1

    3

    A

    A

    B

    B

    AB   ==⎟

     ⎠

     ⎞⎜⎝ 

    ⎛  ××=⎟⎟ ⎞

    ⎜⎜⎝ 

    ⎛ =   D

    Q

    Q

    N

    ND

    Given N

     = 

    600 

    rpm, D

    A = 

    50 

    cm, Q

    A = 

    0.4 

    m

    3

    /s, H

    A = 

    50 

    m, Q

    B = 

    0.3 

    m

    3

    /s

    and

    2

    B

    2

    B

    B

    2

    A

    2

    A

    A

    DN

    H

    DN

    H=

    m 28.415.0

    4543.0

    600

    60050

    2

    2

    2

    2

    2

    A

    2

    B

    2

    A

    2

    BAB   =××==

    D

    D

    N

    NHH

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    32/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Specific speed is

    4

    3

    H

    QNNs =

    18.20

    28.41

    3.0600

    4

    3

    4

    3

    B

    BBB   ===

    H

    QNNs

    B

    4

    3

    4

    3

    A

    AAA   18.2050

    4.0600ss   N

    H

    QNN   ====

    It can be shown that

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    33/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Similarity in Turbine

    The characteristic relations between a turbine model and its prototype 

    can be expressed as

    H

    ND

    C H = 3ND

    Q

    C Q = 53DN

    P

    C P =

    p

    pp

    m

    mm

    HDN

    HDN =

    Applying similitude laws between model and prototype of  turbine:

    3pp

    p

    3mm

    m

    DN

    Q

    DN

    Q

    =

    5

    p

    3

    p

    p

    5

    m

    3

    m

    m

    DN

    P

    DN

    P=

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    34/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    where, N in rpm, P in kW, and H in m.

    Two homologous

     turbines

     have

     the

     same

     specific

     speed

     Ns. Thus 

    between a geometric model and its prototype,

    4

    5

    H

    PNNs =

    pm   ss  NN   =

    Specific speed

     

    4/5

    p

    pp

    4/5

    m

    mm

    H

    PN

    H

    PN=

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    35/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    A 1:5

     model

     of 

     water

     turbine

     develops

     2 kW

     of 

     power

     at

     400

     rpm

     under

     a head of  3 m. Find its specific speed?

    Assuming the overall efficiency of  0.85 for both the model and 

    prototype, calculate the rotational speed, power and discharge of  the 

    prototype when run under a head of  20 m.

    Activity 6.5

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    36/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Given 1:5 model turbine, Pm = 2 kW, Nm = 400 rpm, Hm = 3 m, η  = 0.85, Hp = 20 m

    3.143

    3

    2400

    4

    5

    4

    5

    m

    mmm   ===

    H

    PNNs

    For prototype,

    rpm 6.2063

    20

    5

    1400

    m

    p

    p

    mmp   =××==

    H

    H

    D

    DNN

    p

    pp

    m

    mm

    H

    DN

    H

    DN=

    kW 2.86121

    5

    400

    6.206  53

    m5

    m

    5

    p

    3

    m

    3

    p

    p   =×⎟ ⎠

     ⎞⎜⎝ 

    ⎛ ×⎟ ⎠

     ⎞⎜⎝ 

    ⎛ ==   PD

    D

    N

    NP

    5

    p

    3

    p

    p5

    m

    3

    m

    m

    DN

    P

    DNP =

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    37/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Specific speed

     for

     prototype,   m

    4

    5

    4

    5

    p

    ppp   3.143

    20

    2.8616.206 ss   N

    H

    PNN   ====

    Power 

    developed 

    by 

    prototype   kW 

    2.861op =P

    kW 2.101385.0

    2.861 i   ===

    η 

    oPP

    at 

    efficiency 

    η  = 

    0.85.

    Power supplied by water

    3

    ppp   102.1013   ×=HQγ  

    /sm 

    164.5209810102.1013102.1013   3

    3

    pp

    3

    p   =××=×=

    HQ

    γ  

    Thus,

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    38/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Performance of  Turbines under Unit Quantities

    The unit quantities give the discharge, speed, and power for a particular 

    turbine under a head of  1 m assuming the same efficiency. 

    (a)   Unit discharge

     Qu

     ‐ the

     discharge

     of 

     a turbine

     working

     under

     a unit

     

    head.

    Between 2 similar turbines, 

    H

    QQ

    u =

    2

    2

    1

    1

    H

    Q

    H

    Q=

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    39/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    (b)   Unit speed N u ‐   the speed of  a turbine working under a unit head.

    Between 2 similar

     turbines,

     

    2

    2

    1

    1

    H

    N

    H

    N

    =

    H

    NNu =

    (c)   Unit power

     P u ‐   the power developed by a turbine working under a 

    unit head.

    Between 2 similar turbines, 

    23

    H

    PPu

     =

    2

    3

    2

    2

    2

    3

    1

    1

    H

    P

    H

    P=

    A i i 6 6

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    40/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    A Francis

     turbine

     produces

     6750

     kW

     of 

     power

     at

     300

     rpm

     under

     a net

     head of  45 m with an overall efficiency of  85%. Determine the revolution 

    per‐minute (rpm), discharge and brake power of  the same turbine under 

    a net head of  60 m in homologous conditions.

    Activity 6.6

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    41/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Given P1 = 6750 kW, N1 = 300 rpm, H1 = 45 m, η  = 85%, H2 = 60 m

    2

    2

    1

    1

    H

    Q

    H

    Q =

    2

    2

    1

    1

    H

    N

    H

    N=

    rpm 

    4.34645

    60

    3001

    2

    12   === H

    H

    NN

    η 

    γ    o

    PQHP   ==

    /sm 99.1745981085.0

    10006750   31   =

    ××

    ×==

    H

    PQ   o

    ηγ  

    /sm 77.20

    45

    6099.17

      3

    1

    212   ===

    H

    HQQ

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    42/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    2

    3

    2

    2

    2

    3

    1

    1

    H

    P

    H

    P

    =

    kW 

    3.1039245

    606750

      2

    32

    3

    1

    212   =⎟ ⎠

     ⎞⎜⎝ 

    ⎛ ×=⎟⎟ ⎠

     ⎞⎜⎜⎝ 

    ⎛ = H

    HPP

    Assignment #6

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    43/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Assignment #6

    Q1.   What are the functions of  hydraulic pumps and turbines?

    Q2.   0.5 m3/s of  water is to be pumped to a total head of  250 m. How 

    many pumps

     connected

     in

     series

     should

     be

     required

     if  each

     pump

     has

     

    a specific speed of  35 and speed of  1500 rpm.

    Q3.   A turbine

     develops

     8500

     kW

     under

     a head

     of 

     18

     m

     at

     150

     rpm.

     

    Calculate

    (a) specific speed

    (b) normal speed under a head of  25 m

    (c) output under

     a head

     of 

     25

     m

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    44/45

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])

    Q4.   A centrifugal

     pump

     has

     an

     impeller

     of 

     200

     mm

     with

     capacity

     400

     L/s

     

    at speed 1200 rpm against a head of  12 m. Calculate the speed and 

    head of  a geometrically similar pump with impeller diameter of  300 

    mm which is required to deliver 700 L/s.

    Q5.   A turbine is to operate under a head of  28 m at 185 rpm. The 

    discharge is 10 m3/s. If  the efficiency is 87%, determine the 

    performance (N,

     Q,

     P)

     of 

     the

     turbine

     under

     a head

     of 

     20

     m.

    ‐ End of  Question ‐

  • 8/19/2019 BFC21103 Chapter6.pdf

    45/45

    THANK 

    YOU

    BFC21103 Hydraulics 

    Tan et al. ([email protected])