原理
比转速决定转轮形状，水轮机与泵同理——但定义式把流量换成了功率，因为水轮机的任务是从水流中 提取功率。工具给出所有常用口径、把机组放到选型带上，并校核哪些同步发电机转速是现实的。
1 · 口径定义
| 符号 | 含义 | 单位 |
|---|---|---|
| \(N\) | 转速（同步：\(N = 120\,f/p\)） | rpm |
| \(P\) | 水轮机轴功率（η × 水力功率） | hp / kW |
| \(Q\) | 水轮机流量 | cfs / m³/s |
| \(H\) | 净水头 | ft / m |
| \(f,\,p\) | 电网频率、极对数对应的极数 | Hz、— |
P 法与 Q 法并不成比例——功率式把效率与水头折进了分子，nq 相同的两台机组 效率不同则 Ns 不同。比较机组务必同口径；本工具三种口径并列输出。
2 · 机型选型带（功率法 Ns）
| Ns（rpm·hp^½/ft^1.25） | 机型 | 典型水头 |
|---|---|---|
| < 20 | 水斗式，单喷嘴 | 🟢 100 – 2 000 m（多喷嘴水斗式可推向 Ns ≈ 60） |
| 20 – 60 | 水斗式（多喷嘴）或低比转速混流式 | |
| 60 – 130 | 混流式（径向） | 🟢 20 – 700 m |
| 130 – 220 | 混流式，高比转速 / 混流出流 | |
| 220 – 450 | 轴流转桨式（Kaplan，可调桨叶） | 🟢 2 – 80 m |
| ≥ 450 | 灯泡式 / 贯流式 | 通常 < 20 m |
带位为示意口径——边界是设计参考，边界两侧数十个 Ns 内实际机型相互重叠。
3 · 同步转速与转速梯
并网机组只能以同步转速旋转。工具对 2–24 极（50/60 Hz）生成完整转速梯，逐档算出在你的水头与功率下的 Ns，并按其隐含机型着色——哪些极数现实、哪些离谱，一眼可见。
4 · 比转速与效率
转轮几何是折中：高比转速意味着宽扁的轴流式转轮——低水头下过流能力强，高水头下（汽蚀、机械应力） 代价沉重；低比转速则是高山head下的紧凑径向结构。每个机型的最优效率都在自己的带内达峰—— 水斗式在最优射速比处 ≈ 90%，混流式中带 ≈ 92–94%，轴流转桨协联工况 ≈ 92%——偏离带边效率下滑。 让机组运行在远离其设计比转速的位置，就是把效率白白留在桌上。
验收锚点——页面默认即此工况
净水头 200 m、流量 5.665 m³/s（200 cfs）、η = 90% → 轴功率 ≈ 10.0 MW（13,410 hp）。 电网 50 Hz、6 极 → N = 1 000 rpm：功率法 Ns = 34.9——落在多喷嘴水斗 / 低比转速混流的接缝带； Q 法 nq = 44.8；kW·m 口径 ns = 133.0。转速梯显示取舍：2 极（3 000 rpm）落到 Ns ≈ 105（正牌混流带）， 12 极（500 rpm）降到 Ns ≈ 17（单喷嘴水斗）。所有带位均为示意口径——实际机型跨缝重叠。