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水轮机(hydraulic turbine)通常由其水力作用而分为两大类：冲击式水轮机(impulse turbine)和反动式水轮机(reaction turbine)。冲击式水轮机为一种轮机，以喷嘴将流体所有的有效能量变换为大气压力下的动能，而使其与转动中的轮叶接触。水头损失可发生在水流从水库流进压力水管处、压力水管沿线、水流进入喷嘴管处等。最代表性的冲击式水轮机为帕耳顿(Pelton)水轮机。喷射流分裂为两路，冲击轮叶后一半从一面折回，另一半从另一面折回，如此避免对机轴有不平衡之推力。由水流分裂和喷射流与轮叶斗面间之摩擦等又添加少许水头损失。如此，最经济的流速减为V1/2。大部分的帕耳顿水轮机装置，只用一条喷射入流，而此入流导入于轮下部边缘（见图1）。从喷射管口到尾水间之水头即没有利用。由如上各种损失，帕耳顿轮机通常使用于高水头处（如200~1,600公尺）才得高效率。反动式水轮机，其流体的一部分能量是未进入动轮以前，就是经过可调动闸门时，被变换为动能，另一部分是经过动轮时被换为动能。所有的通路，包括从动轮到下游（尾水管），均充满流体，这一点反动式水轮机与上述冲击式水轮机完全不相同。当流体离开动轮时还保持相当可观的动能，尾水管的功用就是将此动能换回成流体位能。如图2所示，在(1)与(2)两点间之能量方程式为：ZS＋V12/2g＋P1/r＝0＋0＋0＋hL。式中，ZS为(1)点处之位置水头；V1为(1)点处之流速；P1为(1)点处之压力；γ为流体单位体积之比重量；g为重力加速度；hL也为损失水头，包括摩擦损失与尾水管出口虚的水头损失。由上式关系可知，在断面(1)处可产生相当可观的真空度，有助于增加动轮两端间之有效水头。但轮机之装置不能太高，否则在动轮与尾水管间产生孔蚀。反动式轮机有两种形式；法兰西斯(Francis)水轮机与螺旋水轮机，两者之径路均充满水流。水流先从边门(wicket gate)进入，分成为切向与径向分速。法兰西斯水轮机是最适合于中等水头（在25~180m）间之装置，大型水轮机之效率可达90~95%。螺旋水轮机特别适合于30m以内的低水头，其最高效率为94%左右。