水轮机的线型特性曲线可用转速特性曲线、工作特性曲线及水头特性曲线三种不同形式表示。线型特性曲线具有简单、直观等特点，所以常用来比较不同型式水轮机的特性。

一、转速特性曲线

转速特性曲线表示水轮机在导水叶开度 、叶片转角 和水头 为某常数时，其他参数与转速之间的关系。在水轮机的模型试验中，常规的做法是保持一定的水头，通过改变轴上的负荷（力矩）来改变转速，达到调节工况的目的。故整理模型试验的数据时，以转速特性曲线最为方便，水轮机的其他特性曲线，实际上都是从转速特性曲线换算而得。

如图8-1所示。由水轮机转速特性曲线可以看出水轮机在不同转速时的流量、出力与效率，还可以看出水轮机在某开度时的最高效率、最大出力及水轮机的飞逸转速。

不同比转速的水轮机其转速特性也不同，比较图8-2曲线可以看出，低比转速水轮机的效率对转速的变化比较敏感，在偏离额定转速时，水轮机的效率下降较快；而高比转速水轮机则下降较慢。

不同类型、不同比转速的水轮机，其飞逸转速不同。低比转速的混流式水轮机，其飞逸转速为额定转速的160％左右；而高比转速的轴流式水轮机则高达2.6～3.0倍的额定转速。此外，它们还具有不同的过流特性，高 水轮机的流量 随转速的增加而增加；而低 的水轮机流量 随转速变化趋势则相反；中等 水轮机流量则几乎不随转速变化。

二、工作特性曲线

一般说来，水电站的水轮机通常在固定的转速下运转，水头的变化也较缓慢，但机组负荷则是经常变化的。为表示水轮机工作在固定的转速和水头下的特性而绘制的曲线，即为水轮机工作特性曲线。如图8-3所示。

在水轮机的工作特性曲线上，有三个重要的特征点。（1）当功率为零时，流量不为零，此处的流量 称为空载流量，对应的导叶开度称空载开度。这时的流量很小，水流作用于转轮的力矩仅够克服阻力而维持转轮以额定转速旋转，没有输出功率。（2）效率最高点对应的流量为最优流量。（3）功率曲线最高点处的功率，称为极限功率，对应的流量称为极限流量。

三种工作特性曲线可以相互转换，将一种形式变换成任何其他一种形式。从任何一种工作特性曲线上都可以看出水轮机的空载开度及所对应的流量，也可以看出水轮机的最优工况所对应的水轮机导水叶开度、流量与出力。

三、水头特性曲线

水头特性曲线表示水轮机在转速、导水叶开度为某常数时，其流量 、出力 、效率 与水头 之间的关系。

水电站的水头一般变化较为缓慢，因此，在短时间内可以看作定值。但是，在比较长的的时期内，水头可能发生较显著的变化。在低水头的径流式水电站，可能由于洪水期或电站在大负荷工况下运行时流量的增多而使下游水位升高，或者由于防洪需要而必须降低上游水位，导致水头降低；在高水头水电站，上游库水位可能发生较大变化；在具有长引水管道的水电站，流量变化时使得引水损失发生变化，这些都能引起水轮机作用水头的较大改变。

从图8-4可以看出，水轮机的出力与水头关系曲线接近于直线，各导叶开度下的 曲线从相应的空载水头点开始引出。在低于空载水头时，水轮机即使在空载时也不能达到额定转速。水轮机的流量与水头关系曲线在小开度时接近于直线，但在大开度时呈现非直线性。各导叶开度下的 曲线也从相应的空载水头开始引出，导叶开度不同时，相应的空载水头也不同。从水轮机效率与水头关系曲线可以看出，当水头低于最高效率点所对应的水头 时，水轮机效率的变化比较急剧，而水头高于 时，效率变化较缓慢。