轴流式水轮机的转轮叶片像电风扇的叶片，图1是一个四叶片转轮。

先看左面图，m是靠近叶片的一个水质点，为看的清楚，把他挪到左上方，水质点的速度是V，由于水进入转轮区有环量，在图中的方向不是垂直向下，而是向左方倾斜；叶片绕轴旋转，截面的切线速度是U，相对于叶片水质点m则是以-U的速度向右运动；所以水质点m相对于叶片的运动速度是W，也就是说叶片受到水流的方向是W。

再看右图，叶片受到方向是W的水流作用，由于W与翼形弦线c有攻角α，会产生一个垂直于W的升力L，同时也受到阻力D（与W同向），两力的合力R是叶片受到的力，R在水平方向的分力是F，F就是推动叶片旋转的力。

轴流式水轮机叶片数目一般为3至8片，低水头少叶片，高水头多叶片。轴流式水轮机转轮流道的过流断面面积较大，可提高了水轮机的单位流量和单位转速，可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。轴流式水轮机适用于较低水头、较大流量的水利资源。

轴流定桨式水轮机

轴流定桨式水轮机转轮叶片是固定在轮毂上，结构简单，造价便宜，但只能通过调节导水机构控制出力，在水头与负荷变化较大时，水轮机效率会有较大下降。轴流定桨式水轮机通常使用在水头25m以下，功率不超过5万千瓦。

轴流转桨式水轮机
轴流转桨式水轮机也称为卡布兰式水轮机(Kaplan turbine)

轴流转桨式水轮机转轮叶片是可按水头和负荷变化作相应转动，改变叶片的攻角α，可在水头和负荷有较大变化时仍有良好的运行性能，控制叶片转动的机构在轮毂内，主要有推动叶片转动的液压缸，缸内活塞通过活塞杆、连杆、叶片臂等驱动叶片转动。

图5是轴流转桨式水轮机转轮叶片转动的示意图，左图是叶片在关闭状态；中间是计算位置，是正常运转时的设计位置；右图是全开位置。

轴流转桨式水轮机效率较高，目前最高效率有的已超过94％，下面是转桨式转轮的叶片转桨动画。

葛洲坝的轴流式水轮机单机容量是176MW，转轮直径11.3m，当时是世界上直径最大的轴流式水轮机，见图6，图片来自网络。

轴流水轮机转轮直径最大不等于容量最大，大藤峡水电站的轴流水轮机单机容量204.1MW，转轮直径只有10.4 m，因为大藤峡水电站的额定水头25.0 m，而葛洲坝水电站的额定水头只有18.6m，是低水头大流量水轮机。同样福建水口水电站轴流水轮机单机容量200MW，转轮直径只有8.0 m，额定水头45.7m，属于高水头轴流水轮机。

座环上面安装顶盖，座环下面安装底环与转轮室。座环外周安装蜗壳（图中略）。转轮室下方安装尾水管。在座环内上方安装顶盖，在顶盖内安装支持盖，在支持盖内下方安装锥体（导流锥）。图8是以上部件组装在一起的示意图。

图10是完整的轴流式水轮机结构剖视图。

轴流式水轮机较详细的安装过程见轴流式水轮机安装课件

4. 轴流式水轮机的工作状态

图11是轴流式水轮机的水流走向示意图，蓝色箭头线表示水流走向。

在水电站水头和负荷变化时，轴流转桨式水轮机可同时调节引导叶角度与转轮叶片的攻角来稳定转速，通过导叶转角和叶片转角间的最优配合，在水头和负荷有较大变化时仍有良好的运行性能。

下面是轴流式水轮机的转轮叶片与导叶同步调节示意动画。