水轮机是将水流的能量转换为转轴的旋转机械能的机器。水流流经水轮机时，水流能量发生改变的过程就是水轮机的工作过程。反映水轮机工作过程特性的一些参数，称为水轮机的工作参数。其中主要的工作参数有：水轮机工作水头、水轮机流量、水轮机功率、水轮机效率和水轮机转速。

（一）工作水头

1.毛水头

水电站的毛水头是指上下游水位高程的差值，或称静水头，如图6-5所示。

式中 H st——水电站毛水头，m；

z u——水电站上游水位，m；

z d——水电站下游水位，m。

2.工作水头

水轮机的工作水头为水轮机进口断面与出口断面水流单位能量之差。常取蜗壳进口断面为水轮机进口断面1-1，尾水管出口断面为水轮机出口断面2-2，如图6-5所示。

式中 H——水轮机的工作水头，m；

e1——水轮机进口断面单位重量水流的能量，m；

e2——水轮机出口断面单位重量水流的能量，m。

图6-5　水电站装置示意图

式中 z 1、z2——水轮机进、出口单位位能，m；

、——水轮机进、出口单位压能，m；

、——水轮机进、出口单位动能，m。

列断面A-A、断面1-1的伯努利方程：(www.daowen.com)

式中 、——水电站上游的单位压能和动能，m；

h w——引水建筑物中的水头损失，m。

列断面2-2、断面T-T的伯努利方程：

将式（6-3）、式（6-4）、式（6-5）、式（6-6）代入式（6-2）中，且v0≈v 3≈0，整理得：

可见，水轮机的工作水头为水电站毛水头与引水建筑物水头损失之差。

（二）水轮机的流量

单位时间内通过水轮机的水量称为水轮机的流量，用Q表示，单位为m3/s。流量是一随水轮机水头和出力变化而变化的参数。水轮机在额定功率及设计水头时通过水轮机的流量称为设计流量。

（三）水轮机功率

水流流经水轮机时，随着水流能量转变为转轮旋转机械能，水流便对水轮机做功，单位时间内所做的功称为水轮机的功率或出力，用N表示，单位为k W。其表达式为

式中 η——水轮机的效率。

（四）水轮机效率

由于水流通过水轮机时有摩擦和漏水等损失，所以水流传给水轮机的功率（水轮机输入功率）Ns总是大于水轮机传给发电机的功率（水轮机输出功率）N。主轴输出功率N与输入功率N s的比值反映了水能的利用率，称为水轮机的效率，用η表示，即

水轮机的效率与运行工况有关，在最优工况时水轮机效率最高。目前水轮机效率最高可达93%～95%。

（五）水轮机转速

水轮机的转速是指水轮机主轴每分钟的转数，用n表示，单位为r/min。