1　沖擊式水輪機的設計
1．1　設計選擇
　　疲勞問題決定著機組的壽命，是沖擊式水輪機設計中面臨的一個重要問題。設計上一般應保證機組使用壽命大于20 a，檢修間隔不少于1 a。高水頭電站的立軸沖擊式水輪機設計時，要在考慮高壓引水管道布置形式的基礎上來決定機組的布置形式。近年來，空氣式緩沖調(diào)壓室、隧洞式排水斜面及綜合豎井系統(tǒng)已在引水管道中被普遍采用，為機組布置形式的選擇提供了更為廣泛的空間。
　　對于地下式電站，為減少電站建設時土石方挖掘的工作量，在機組形式的選擇上通常采用立式多噴嘴水輪機。這時在決定水輪機噴嘴數(shù)目時要綜合考慮以下4個方面的問題：①水輪機效率；②水輪機抗空蝕性能；③轉輪的壽命和疲勞問題；④機組價格和運行后維護保養(yǎng)等方面的問題。
1．2　效率與空蝕
　　對于沖擊式水輪機，從模型試驗到真機的效率換算，目前還沒有統(tǒng)一的效率換算公式。這是因為即使比轉速相同，不同的設計水頭其效率修正值也是不相同的。這就需要針對具體項目的設計條件，采用雷諾定律、弗汝德定律或韋伯定律為基礎提出具體的效率修正公式。一般不做效率修正。
　　沖擊式水輪機效率的重要影響因素之一是水斗射流入口處的形狀。對于多噴嘴沖擊式水輪機，水斗射流入口向上彎曲，這樣增加入口直徑可得到較高的效率和出力，并可減少水斗入口處的無效泄水量；
　　沖擊式水輪機水斗出流處的形狀與其抗空蝕性能和效率也有極大的關系。如果水斗出流處和射流之間的夾角過大，就會使轉輪的抗空蝕能力下降。設計上在考慮該夾角的允許值時，應以水斗射流入口邊緣與分水器中心間的夾角為重要參考，并應考慮到該值隨著設計水頭的增加而減少。
　　沖擊式水輪機轉輪水斗的形狀是以設計水頭為依據(jù)進行設計的，當運行水頭偏離設計水頭較大時將增加空蝕的可能性，同時水輪機的效率也將明顯降低。
　　沖擊式水輪機的效率還受轉輪直徑與水斗寬之比（D／B）的影響，并隨該比值（D／B）的減少而增加。通過對沖擊式水輪機水斗流態(tài)的分析可知，D／B比值的減少使水斗入流和出流條件得到改善，從而使效率得以提高。
　　出力及轉速確定后，提高效率的另一有效措施是增加噴嘴數(shù)目（見圖1），這是由于噴嘴數(shù)目的增加使得機組的摩擦損失相對減少。實踐經(jīng)驗可知，對于高比轉速轉輪（D／B＜3．5），當噴嘴數(shù)目增加至6個時磨阻損失效率一般不超過0．5％。但伴隨噴嘴數(shù)目的增加，引水管道中彎頭和雙叉管的數(shù)量也相應增加。如果設計不好，射流中產(chǎn)生旋轉水流也會導致效率的間接損失。為了在使水流加速的同時獲得無旋渦的射流，在設計上要適當控制分水器中的流速，對于大型沖擊式水輪機，應增加引水管入口速度以減少分水器盤的厚度。在采取上述措施的基礎上，還必須仔細設計彎頭和雙叉管以盡量減少水力損失。