उज़्बेकिस्तान में वैकल्पिक ऊर्जा जलविद्युत जनरेटर: 500 किलोवाट फ्रांसिस हाइड्रो टर्बाइन जनरेटर

फ्रांसिस टरबाइन की परिभाषा आवेग और प्रतिक्रिया टरबाइन दोनों का संयोजन है, जिसमें ब्लेड पानी के प्रवाह के प्रतिक्रिया और आवेग बल दोनों का उपयोग करके घूमते हैं, जिससे अधिक कुशलता से बिजली का उत्पादन होता है। फ्रांसिस टरबाइन का उपयोग मुख्य रूप से मध्यम या बड़े पैमाने के जलविद्युत संयंत्रों में बिजली उत्पादन के लिए किया जाता है।
इन टर्बाइनों का उपयोग 2 मीटर से लेकर 300 मीटर तक के उच्च दबाव वाले क्षेत्रों के लिए किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, ये टर्बाइन इसलिए भी लाभकारी हैं क्योंकि ये क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर दोनों स्थितियों में समान रूप से प्रभावी ढंग से कार्य करती हैं। फ्रांसिस टर्बाइन से गुजरने वाले पानी का दबाव कम हो जाता है, लेकिन उसकी गति लगभग समान रहती है, इसलिए इसे प्रतिक्रिया टर्बाइन माना जाता है।

प्रत्येक फ्रांसिस टरबाइन के मुख्य घटक आरेख का विवरण इस प्रकार है।

सर्पिल आवरण
सर्पिल आवरण टरबाइन में पानी के प्रवेश का माध्यम है। जलाशय या बांध से बहने वाला पानी इस पाइप से उच्च दबाव के साथ गुजरता है। टरबाइन के ब्लेड गोलाकार रूप में लगे होते हैं, जिसका अर्थ है कि टरबाइन के ब्लेडों पर टकराने वाला पानी प्रभावी ढंग से टकराने के लिए गोलाकार अक्ष में प्रवाहित होना चाहिए। इसलिए सर्पिल आवरण का उपयोग किया जाता है, लेकिन पानी की गोलाकार गति के कारण उसका दबाव कम हो जाता है।
समान दबाव बनाए रखने के लिए आवरण का व्यास धीरे-धीरे कम किया जाता है, जिससे रनर ब्लेड पर एक समान गति या वेग प्राप्त होता है।

स्टे वेन्स
स्टे और गाइड वेन्स पानी को रनर ब्लेड्स तक निर्देशित करते हैं। स्टे वेन्स अपनी जगह पर स्थिर रहते हैं और रनर ब्लेड्स में प्रवेश करते समय पानी के रेडियल प्रवाह के कारण होने वाले भंवर को कम करते हैं, जिससे टरबाइन अधिक कुशल हो जाती है।

वायु गति दिगदर्शक
गाइड वेन स्थिर नहीं होते, वे आवश्यकतानुसार अपना कोण बदलते हैं ताकि टरबाइन ब्लेडों पर पानी के टकराने के कोण को नियंत्रित करके दक्षता बढ़ाई जा सके। वे रनर ब्लेडों में पानी के प्रवाह की दर को भी नियंत्रित करते हैं, जिससे टरबाइन पर पड़ने वाले भार के अनुसार टरबाइन की विद्युत उत्पादन क्षमता को नियंत्रित किया जा सके।

रनर ब्लेड्स
रनर ब्लेड किसी भी फ्रांसिस टरबाइन का हृदय होता है। ये वे केंद्र होते हैं जहाँ द्रव टकराता है और इस टक्कर से उत्पन्न स्पर्शरेखीय बल के कारण टरबाइन का शाफ्ट घूमने लगता है, जिससे टॉर्क उत्पन्न होता है। इनलेट और आउटलेट पर ब्लेड के कोणों के डिज़ाइन पर विशेष ध्यान देना आवश्यक है, क्योंकि ये विद्युत उत्पादन को प्रभावित करने वाले प्रमुख पैरामीटर हैं।
टरबाइन के ब्लेड दो भागों में बंटे होते हैं। इसका निचला भाग एक छोटी बाल्टी के आकार का होता है, जो पानी के आवेग बल से टरबाइन को घुमाता है। वहीं, ब्लेड का ऊपरी भाग पानी के बहाव से उत्पन्न प्रतिक्रिया बल का उपयोग करता है। इन्हीं दो बलों के बल से टरबाइन घूमता है।

ड्राफ्ट ट्यूब
अभिक्रिया टरबाइन के रनर के निकास पर दबाव आमतौर पर वायुमंडलीय दबाव से कम होता है। निकास पर मौजूद पानी को सीधे टेलरेस में नहीं छोड़ा जा सकता। टरबाइन के निकास से टेलरेस तक पानी को निकालने के लिए धीरे-धीरे बढ़ते क्षेत्रफल वाली एक ट्यूब या पाइप का उपयोग किया जाता है।
क्षेत्रफल में वृद्धि करने वाली इस नली को ड्राफ्ट ट्यूब कहते हैं। नली का एक सिरा रनर के आउटलेट से जुड़ा होता है, जबकि दूसरा सिरा टेल-रेस में पानी के स्तर से नीचे डूबा रहता है।