在“水电站栏目”的“水力发电原理”一节中曾介绍中国传统应用的水轮机——水车，在本栏目介绍目前真正用于发电的水轮机的原理与结构。水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，是利用水流做功的水力机械，根据转换水流能量方式的不同，水轮机分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。 水轮机受水流作用而旋转的部件称为转轮。

冲击式水轮机的转轮受到喷射水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换，在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。图1是冲击式水轮机水流向示意图。

冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式（又称水斗式）、斜击式、双击式三类，在后面章节会介绍常用的切击式与斜击式水轮机。

与冲击式水轮机不同，反击式水轮机同时利用了水流的势能与动能，水流充满整个转轮的空间，在转轮叶片约束下改变流速与方向，从而对转轮叶片产生反作用力，驱动转轮旋转。通过水轮机水流的大部分动能与势能都转换成转轮旋转的机械能。反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。

轴流式水轮机的转轮如同风扇叶片，工作原理与常见的风力机相似。水流从水轮机四周水平方向向中心流入（径向进入），然后转为向下方向推动转轮叶片做功，由于推动转轮叶片的水流方向与转轮轴方向平行，故称为轴流式水轮机。图2是轴流式水轮机水流走向示意图

混流式水轮机的转轮看起来较复杂，水流从水轮机四周水平方向向中心流入转轮（径向进入），然后转为向下方向出口，水流进入转轮内在向轴芯方向通过叶片时推动转轮，同时在向下通过叶片时也推动转轮。也就是说水流在径向与轴向通过叶片时都做功。故称为混流式水轮机，也称为幅向轴流式水轮机。图3是混流式水轮机水流走向示意图。

斜流式水轮机转轮有点像轴流式水轮机转轮，只不过通过叶片的水流是倾斜于轴向，是轴流式水轮机的变种，其水流能量损失小，通过调节叶片角度可适应较大的水头范围。斜流式水轮机由于制造工艺复杂、造价高，目前使用还较少。图4是斜流式水轮机水流走向示意图。

贯流式水轮机转轮与轴流式水轮机转轮基本相同，但转轴是水平方向或略有倾斜，水流是沿水轮机轴线方向进入，沿水轮机轴线方向流出。图5是贯流式水轮机水流走向示意图。

可逆式水轮机也叫水泵水轮机，是一种既可以作水轮机使用又可以作水泵使用的水力机械。理论上讲，混流式水轮机、轴流式水轮机、斜流式水轮机都可以实现可逆运转，实际上要经过专门设计才能在两种运行状态下高效运行。

在后面章节里会介绍混流式水轮机、轴流式水轮机、贯流式水轮机、斜流式水轮机、水泵水轮机。

当水轮机转轮高速旋转时，高速流动的水会使局部压力降低，甚至水会脱离叶片表面，这就使水汽化，产生汽泡，汽泡会扩大，破灭，汽泡破裂会产生很大的能量，造成水流对转轮叶片的冲击、震荡，这就是水轮机的空化现象。空化对流过的表面产生各种物理与化学作用，对水轮机造成破坏，也就是空蚀；同时空化会使水轮机的效率降低。解决空化的主要方法就是把水轮机安装在出水口的水位以下，越低越好，让水轮机工作在较大的水压下，就不易发生空化现象。把水轮机低于下游水面的垂直高度称为吸出高度（也称为淹没深度），有关空化、空蚀、吸出高度的详细介绍请找有关水轮机的书籍或资料。