水 轮机主要工作部件是叶轮，叶轮接受了流体的能量，使叶轮旋转。以宏观的角度来研究能量的转换，从而建立冷却塔水轮机的基本方程。叶轮式水轮机主要有冲击式 和反击式两种。双击式是冲击式其中的一种，选用双击式是它的转轮叶片之间水流有自由表面，不会对叶片产生气蚀，延长使用寿命；转轮前后水流没有压差；集中 用速度能对叶片两次冲击，能量的转换效率较高；水流变化较大时适应能力较好；立轴布置适合冷却塔的特殊空间及电机减速器原位更换；增设尾水管，回收能量为 布水服务。
一、水轮机工作是依靠水的压力。认为冷却塔用水轮机必需有富余的扬程才能应用。这是一个错误的认识。
凡符合***标准而在正常运行的冷却塔，进塔的水流一定具有冷却塔用于喷淋布水的压力。水轮机用这个水压即可正常发挥水轮机的工作，不要再额外要求增加有富余的水压。一般冷却塔的进塔水压***少不会少于3米。而水轮机技术发展至今，3米水头即可很好发挥水轮机的效率。所以凡是国标运行的冷却塔都可以用水轮机来取代，包括新装备的冷却塔。
二、水轮机是靠水压来进行工作的。进塔水压被用掉了，流过水轮机以后就没有了水压，无法用于布水。这是一个错误的认识。
水 轮机的做功主要有三个能量。一是水流的动能，冷却塔进水，从进入水轮机再到布水器，水流的流速不变，因为密闭的循环水管路中没有水流被分流出去，没有损 失，动能是质量与速度的乘积，质量不变，速度不变，所以动能不变。在水轮机中速度变化用于做功，但在出水轮机的尾水速度还原了。在水流的全程中动能不会损 失掉，一直保持到布水器的进口。二是势能没有损失，水轮机***在布水器上方，它的进出水口处在同一个水平线中，势能是高度与质量的乘积，进出水位高度不 变，所以势能也没有损失。进水轮机时用了势能，在出水轮机时被还原了。三是压能，压能是水压力与水质量的乘积。压能如果全部被用掉了，还有动能。还有从水 轮机尾水管到布水器之间的垂直高度的势能。足够布水的能量。但水轮机不可能全部用掉水头。
根据动量矩定理，在单位时间内，动量矩的变化等于外力的合力矩。按图1所示，合力矩M = QC1L1+ QC2L2+ QC3L3+ Q***L4
为获得较好的叶轮效率，要求在叶轮的出口处未被利用的能量尽量少，即把下一个叶片出口处***速度尽量趋向零。则
M = QC1L1+ QC2L2+ QC3L3
上式的后两项中的一项是出水口的动量矩，另一项是入水口的动量矩，由于转换的需要，一个减少，一个增加，互补为零，***终剩下初始叶片的入口动量矩为这个叶轮的实际动量矩。
M = QC1L1= QC1COSα1R
叶轮旋转的功为角速度（ω）与动量矩的乘积。
P = ωM = ωQC1COSα1R
叶**的原始动能是流量（Q）与扬程(H)的乘积，要使水流的能量转换为叶轮的能量，只有令两式相等才能实现。
ωQC1COSα1R = QH
上 式说明质量流量在能量转换前后没有变化，水流的扬程就是水轮机的能量，扬程越高，动量越大。凡冷却塔一定具有进塔水压，进塔水压即为可转换的能量，可满足 风叶的实际轴功率。冷却循环水泵的扬程在系统中是一个定值，在改造时加上水轮机，阻力增加，不会增加泵的电流，反而会减少电流。水轮机的阻力很小，只相应 地减少趋零的电流。
在我国的技术标准中只有JB/T 7640—1994的机械行业标准“双击式水轮机系列型谱”较简单地介绍了一些性能参数，但该标准的结构形式规定均为卧式，且使用范围功率12kW至100Kw，水头大于8m , 流量大于0.1m3/s , 为了适用于冷却塔，只得另辟蹊径，创新一种立轴带有尾水管的微型水轮机，如图2。2003年1月8日获专利权。2003年10月8日发明专利公告。
冷却塔匹配的电机电耗，***标准规定为标准塔小于0.04kW/t 、中温塔小于0.06kW/t 推算。改用水轮机***，不用再考虑电机匹配，只考虑进塔水流的能量是否达到风叶的轴功率。表2列示水头功率，是减去水轮机阻力0.5m以后，与相应的气水比空气量和风叶轴功率的统计表，达到对应值即可达到冷却效果。风叶的风量是在多少轴功率转速情况下产出，关键是轴功率，只要轴功率达到风叶的额定值，转速自然达到，风量自然也达到。
注：风叶轴功率等于水轮机输出轴功率，按每3.3•104m3/h风量1kW计算。***标准匹配电机功率为标准塔小于0.04kW/t,中温塔小于0.06kW/t。
三测试2003年8月1日由上海交通大学、上海节能中心联合对模型水轮机进行测试，测试数据如下：
流量：94m3/h
水头：4m
传感器显示功率：0.9Kw
转速：326r/min
计算得水轮机的效率为0.88，JB/T标准为0.82。
2003年8月5日又对上海乳制品研究所的200t/h塔经水轮机改造后去掉风机电机使用3年的塔进行对比性测试。
泵IS—150—125—250 3台，其中1台为备泵，扬程20m, 流量200t/h, 塔两台，距地面14m, 风机电机轴功率3.9Kw, 制冷机8FS10, Q = 134400kcal/h 2台。1台泵供1台塔1台制冷机。用户长期使用该塔，完全节约了5.5kW的电机，节电100％，3年来节省了大量的电费。用户反映极为满意。