ژنراتور برق آبی انرژی جایگزین، ژنراتور توربین آبی فرانسیس ۵۰۰ کیلوواتی در ازبکستان

تعریف توربین فرانسیس ترکیبی از توربین ضربه‌ای و واکنشی است که در آن پره‌ها با استفاده از نیروی واکنشی و ضربه‌ای آب جاری در آنها می‌چرخند و برق را با راندمان بیشتری تولید می‌کنند. توربین فرانسیس بیشتر برای تولید برق در نیروگاه‌های برق آبی متوسط ​​یا بزرگ استفاده می‌شود.
این توربین‌ها می‌توانند برای هدهایی از ۲ متر تا ۳۰۰ متر استفاده شوند. علاوه بر این، این توربین‌ها از این جهت مفید هستند که چه در حالت افقی و چه در حالت عمودی، به یک اندازه خوب کار می‌کنند. آبی که از توربین فرانسیس عبور می‌کند، فشار خود را از دست می‌دهد، اما کم و بیش با همان سرعت باقی می‌ماند، بنابراین می‌توان آن را یک توربین واکنشی در نظر گرفت.

نمودار اجزای اصلی هر توربین فرانسیس به شرح زیر است.

پوشش مارپیچی
محفظه مارپیچی، مجرای ورودی آب به توربین است. آبی که از مخزن یا سد جاری می‌شود، با فشار بالا از این لوله عبور می‌کند. پره‌های توربین به صورت دایره‌ای قرار گرفته‌اند، به این معنی که آبی که به پره‌های توربین برخورد می‌کند باید در محور دایره‌ای جریان یابد تا به طور مؤثری به آنها برخورد کند. بنابراین از محفظه مارپیچی استفاده می‌شود، اما به دلیل حرکت دایره‌ای آب، فشار خود را از دست می‌دهد.
برای حفظ فشار یکسان، قطر محفظه به تدریج کاهش می‌یابد، بنابراین، تکانه یا سرعت یکنواختی به پره‌های رانر برخورد می‌کند.

پره‌های اقامتی
پره‌های ثابت و راهنما، آب را به سمت پره‌های رانر هدایت می‌کنند. پره‌های ثابت در موقعیت خود ثابت می‌مانند و چرخش آب ناشی از جریان شعاعی را هنگام ورود به پره‌های رانر کاهش می‌دهند و در نتیجه، توربین را کارآمدتر می‌کنند.

پره‌های راهنما
پره‌های راهنما ثابت نیستند، بلکه زاویه خود را بر اساس نیاز برای کنترل زاویه برخورد آب به پره‌های توربین تغییر می‌دهند تا راندمان افزایش یابد. آنها همچنین سرعت جریان آب به پره‌های رانر را تنظیم می‌کنند و در نتیجه توان خروجی توربین را بر اساس بار روی توربین کنترل می‌کنند.

تیغه‌های رانر
پره‌های رانر قلب هر توربین فرانسیس هستند. این پره‌ها مراکزی هستند که سیال به آنها برخورد می‌کند و نیروی مماسی ناشی از برخورد باعث چرخش شفت توربین و تولید گشتاور می‌شود. توجه دقیق به طراحی زوایای پره در ورودی و خروجی ضروری است، زیرا اینها پارامترهای اصلی مؤثر بر تولید برق هستند.
پره‌های گرداننده دو بخش دارند. نیمه پایینی به شکل یک سطل کوچک ساخته شده است تا توربین را با استفاده از نیروی ضربه‌ای آب بچرخاند. در حالی که قسمت بالایی پره‌ها از نیروی واکنش آب جاری در آن استفاده می‌کند. گرداننده از طریق این دو نیرو می‌چرخد.

لوله پیش نویس
فشار در خروجی رانر توربین واکنشی عموماً کمتر از فشار اتمسفر است. آب خروجی را نمی‌توان مستقیماً به لوله‌ی انتهایی تخلیه کرد. برای تخلیه آب از خروجی توربین به لوله‌ی انتهایی از یک تیوب یا لوله با مساحتی که به تدریج افزایش می‌یابد استفاده می‌شود.
این لوله با مساحت افزایشی، لوله مکش (Draft Tube) نامیده می‌شود. یک سر لوله به خروجی رانر متصل است، اما سر دیگر آن در زیر سطح آب در مسیر دم (tail-race) غوطه‌ور است.