При проектуванні нових типів і конструкцій робочого колеса об'єм елементів визначають розрахунком, причому складні деталі розбивають на ряд геометрично простих фігур, об'єми яких підсумовують. Об'єм пера лопаті знаходять як суму об'ємів Vі, які є усіченими пірамідами у розділеному циліндричними і меридіанними поверхнями пера лопаті (рис. 7.6, а).
| Рис. 7.6. Розподіл сил і моментів на осьовому (а) і діагональному (б) робочих колесах |
Серводвигун в поворотнолопатевому робочому колесі на плечі важеля повинен створити силу Рр, необхідну для повороту лопаті, що може бути знайдена із рівняння моментів
(7.5)
Тут Кдв =1,1; Мтр - момент тертя в опорах цапфи лопаті; Моп - момент опору, який повинна здолати сила на плечі важеля; М - сума моментів, що діють на лопать,
(7.6)
де Мгідр - гідравлічний момент; МG - момент від сили ваги лопаті; Мс - момент від відцентрових сил; знаки моментів М і Моп вважаються позитивними (так само як Мгідр), коли вони спрямовані на закриття лопаті.
Послідовність розрахунку сили і діаметру серводвигуна наступна.
1. Визначають сили і моменти, що діють при заданих режимах у робочому колесі. Для цього необхідно із універсальної характеристики при заданому n'І визначити Q'І для п'яти режимів від Nмакс до Nмін і відповідні кути φ. За (7.7) і (7.8) і відповідним характеристикам знаходять Мгідр і Рz1. За (7.9) або (7.10) і (7.11) обчислюють вагу пера лопаті і вагу системи лопаті, за (7.12) - радіуси їх центрів ваги, за (7.13) - відцентрову силу системи лопаті, за (7.14) - складову гідравлічної сили Рнр1, за (7.15) - радіус центру тиску.
(7.7)
де М'1 – приведений гідравлічний момент; D1 - діаметр турбіни; Н - розрахунковий напір;
(7.8)
де Р'1 – приведене значення осьової гідравлічної сили;
(7.9)
де G – сила ваги аналогів, V - об’єми аналогів; індекс м відноситься до моделі, а індекс л – ло лопаті; 
- масштабний коефіцієнт;
(7.10)
де ані, аві, bні, bві,- відповідно ширина і довжина верхнього і нижнього перерізів піраміди.
Вага системи лопаті
(7.11)
де Gп.л. - вага пера лопаті; Gф. - вага фланця лопаті; Gц.л. - вага цапфи лопаті; Gр - вага важеля.
(7.12)
де Rі, уі, zі - відповідні координати центрів ваги елементарних об’ємів Vі;
(7.13)
де mі - відповідна елементарна маса; Rц.в.і - радіус центру ваги цієї маси n - частота обертів.
(7.14)
(7.15)
де z - число лопатей; 
- обертовий момент на валу турбіни в Н·м; N - потужність турбіни в кВт; n - частота обертів в об/хв; 
- радіус робочого колеса; Rвт - радіус втулки робочого колеса; ψ - центральний кут проекції лопаті у діаметральній площині.
2. Будуємо подібно до рис. 7.6 розрахункову схему, за якою визначаємо відстані і напрями сил і моментів.
3. Визначають за (7.16) відносні розміри і за (7.17) - значення сталих при усіх заданих режимах. З рівняння (7.18) методом послідовного наближення знаходять силу на важелі або за (7.19) і (7.20) визначають А1 і Nφ і потім за (7.21) обчислюють Рр. Будують графік Рр = f(φ) і знаходять значення РРмакс. У наближених розрахунках за (7.22) визначають Р'сер.
Відносні значення плечей моментів
(7.16)
(7.17)
(7.18)
коефіцієнт сили Рр рівний
(7.19)
(7.20)
сила на важелі рівна
(7.21)
(7.22)
де Кдв – коефіцієнт, що забезпечує рух механізму; ξ - кінематичний коефіцієнт передачі.
4. Визначають (в уточнених розрахунках) при РРмакс за (7.23) силу, прикладену до серги, за (7.24) – силу, що діє у шарнірах хрестовини, за (7.25) і (7.26) - втрати у шарнірах серги і у напрямних хрестовини, в необхідних випадках визначають також втрати за (7.27).
(7.23)
де ΔРс – втрати на тертя в шарнірі важіль-серга;
(7.24)
де ΔРхр – втрати на тертя в шарнірі серга-хрестовина (рівні ΔРс при однакових dп і Рс та умовах роботи шарнірів;
втрати на тертя у серводвигуні
(7.25)
де ΔРш – втрати на тертя у шпонках; ΔРшт – втрати на тертя у штоці; ΔРхр – втрати на тертя в шарнірі серга-хрестовина;
втрати на тертя у напрямних шпонках хрестовини
(7.26)
де rш і rшр – відповідно, радіуси розташування шпонок і шарнірів хрестовини; ψ - кут між віссю шарніра і віссю шпонки у плані;
втрати у напрямних штока серводвигуна в горизонтальних турбінах
(7.27)
де Gшт – вага штока і поршня серводвигуна.
5. За (7.28) або (7.29) знаходять силу серводвигуна із урахуванням втрат і при РРмакс, за (7.30) його діаметр, який заокруглюють до найближчих 50 або 100 мм.
Сила серводвигуна з урахуванням втрат на тертя
(7.28)
де Р'серв – сила серводвигуна без урахування втрат у механізмі; ΣΔР - сума втрат на тертя у ланках механізму повороту; ΔРсерв - втрати на тертя у серводвигуні;
(7.29)
де 
– коефіцієнт втрат на тертя у серводвигуні;
(7.30)
де Fшт - площа, що займає шток або стакани серводвигуна; ррозр - розрахунковий тиск масла, приймається ррозр =(0,6÷-0,8)· р.
