Die Funktionsweise einer Francis-Turbine
Die Turbine besteht aus einem äußeren spiralförmigen Gehäuse, gefolgt von einer Reihe feststehender Schaufeln, den Leitschaufeln. Darauf folgen bewegliche Schaufeln, die Leitschaufeln, dann ein zentral angeordneter Schaufelstrang, das Laufrad, und schließlich ein Austrittskanal, das Saugrohr.
Die Strömung tritt durch das spiralförmige Gehäuse in die Francis-Turbine ein. Durch die Verringerung des Gehäusequerschnitts wird sichergestellt, dass die Strömung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit über den gesamten Umfang in den zentralen Teil der Turbine eintritt.
Der Wasserstrom durchläuft anschließend zwei Schaufelsätze, bevor er in den Laufkanal eintritt: die äußeren Leitschaufeln und die inneren Führungsschaufeln. Die Leitschaufeln sind feststehend und lenken das Wasser in Richtung des Laufkanals. Sie tragen außerdem dazu bei, die Verwirbelung am Einlauf zu reduzieren.
Die zwischen den Tragflügeln und dem Laufrad angeordneten Leitschaufeln spielen eine entscheidende Rolle. Sie regeln den Durchfluss entsprechend dem Leistungsbedarf. Da der Leistungsbedarf jedoch schwankt, steuern die Leitschaufeln den Wasserdurchfluss und stellen sicher, dass die Stromerzeugung dem Bedarf entspricht. Zusätzlich kontrollieren sie den Anströmwinkel auf die Laufradschaufeln. Sie optimieren den Einströmwinkel, um die maximale Wasserkraft zu nutzen.