Il meccanismo di funzionamento di una turbina Francis
La turbina è costituita da una cassa esterna a spirale, seguita da un gruppo di pale fisse chiamate palette di supporto. Segue un gruppo di pale mobili chiamate palette di guida, quindi un gruppo di pale poste centralmente chiamate giranti e, infine, un condotto di uscita chiamato tubo di tiraggio.
Il flusso entra nella turbina Francis attraverso la cassa a spirale. La riduzione della sezione trasversale della cassa garantisce che il flusso entri nella parte centrale della turbina con velocità uniforme lungo tutto il perimetro.
Il flusso passa poi attraverso due gruppi di pale prima di entrare nella girante, ovvero le pale di supporto esterne e le pale di guida interne. Le pale di supporto sono fisse e contribuiscono a dirigere l'acqua verso la sezione della girante. Contribuiscono anche a ridurre il vortice in ingresso.
Le pale direzionali, posizionate tra le pale di supporto e la girante, svolgono un ruolo più critico. Gestiscono la portata in base alla richiesta di potenza. Tuttavia, la richiesta di potenza varia nel tempo. Le pale direzionali regolano la portata d'acqua e garantiscono che la produzione di energia sia sincronizzata con la richiesta. Inoltre, le pale direzionali controllano l'angolo di flusso diretto verso le pale della girante. Cercano di garantire che l'angolo di flusso in ingresso sia all'angolo di attacco ottimale per sfruttare al massimo la potenza idrica.