在水轮机选型和安装时，水轮机相对于尾水位的高程是一个很重要的因素。空化造成的水轮机点状腐蚀直接受到安装高程的影响。为了控制空化，通常把水轮机安装的更深，这样可以增加水轮机转轮上的压力，减少气泡的形成。很明显，水轮机埋深越大，电站施工的土建成本也越大。较高的水轮机转速也会增加水轮机空化的倾向，但是较高的转速可以减小设备尺寸，降低机组成本。通常水轮机的埋深要考虑设备成本与土建成本之间的平衡关系。
为了确定水轮机的空化性能，我们必须考虑水的蒸汽压力、大气压力、转轮相对于尾水位的安装高程，以及导叶全开时水轮机的最大水头。这些因素可以用托马空化系数来表示，关系式如下：
式中 σ——托马空化系数；
Ha ——大气压力，英尺水柱（参见表9.1）；
Hv ——蒸汽压力，英尺水柱（参见表9.2）；
Hs ——转轮相对于尾水位的高程，英尺，测量点为混流式水轮机的喉口或立轴桨式水轮机的叶片中心线或卧轴水轮机转轮的尖端（见图9.4）；
H ——导叶全开时水轮机的总水头。
表9.1 不同海拔时的大气压力
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表9.2 不同温度时水的蒸汽压力
由于Ha和Hv相对恒定，所以任意给定装置的空化系数σ仅受Hs或H的影响。空化发生时的σ值被称为临界值，表示为σc。如果一个装置计算的σ值低于σc，则水轮机会发生空化。对于一个特定的转轮设计，采用模型试验的方法确定σc的值，如果缺乏测试数据，可以采用下式计算最低σ值：
图9.4 水轮机安装高程系数的定义
D—水轮机转轮最小直径；Hs—导叶全开时，最低尾水位表面距立式机组最低转轮直径的距离或距卧式机组叶梢的距离
为了节约计算时间，把公式9.4绘成图，如图9.5所示。重新整理公式9.3，可以计算出转轮喉口的高程：
为了保证转轮的安装位置远远低于空化限制值，常规的做法是再减去一个额外的安全距离。根据经验，小型机组的安全值为3 ft。因此可以把公式9.5改写成以下形式：
由于不同制造商设置的安装高程不同，因此该方法只能用来初步确定水轮机的安装高程。这些计算只能用于项目的初始阶段，如厂房设计、计算所需开挖深度、选择不同的水轮机类型和设计。
图9.5 临界系数
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