Alternatīvās enerģijas hidroelektroģenerators 500 kW Francis hidroturbīnu ģenerators Uzbekistānā

Francis turbīnas definīcija ir impulsa un reakcijas turbīnas kombinācija, kur lāpstiņas griežas, izmantojot gan reakcijas, gan caur tām plūstošā ūdens impulsa spēku, efektīvāk ražojot elektroenerģiju. Francis turbīna visbiežāk tiek izmantota elektroenerģijas ražošanai vidēja vai liela mēroga hidroelektrostacijās.
Šīs turbīnas var izmantot spiedienaugstumam no 2 metriem līdz pat 300 metriem. Turklāt šīs turbīnas ir izdevīgas, jo tās darbojas vienlīdz labi gan horizontāli, gan vertikāli novietotas. Ūdens, kas plūst caur Francis turbīnu, zaudē spiedienu, bet ātrums paliek vairāk vai mazāk tāds pats, tāpēc to varētu uzskatīt par reakcijas turbīnu.

Katras Francis turbīnas galveno komponentu diagrammas apraksts ir šāds.

Spirālveida korpuss
Spirālveida korpuss ir ūdens ieplūdes vide turbīnā. Ūdens, kas plūst no rezervuāra vai dambja, tiek likts plūst caur šo cauruli ar augstu spiedienu. Turbīnu lāpstiņas ir izvietotas apļveidā, kas nozīmē, ka ūdenim, kas triecas pret turbīnas lāpstiņām, vajadzētu plūst pa apļveida asi, lai nodrošinātu efektīvu triecienu. Tāpēc tiek izmantots spirālveida korpuss, bet ūdens apļveida kustības dēļ tas zaudē spiedienu.
Lai uzturētu tādu pašu spiedienu, apvalka diametrs tiek pakāpeniski samazināts, tādējādi vienmērīgs impulss vai ātrums iedarbojas uz skriemeļa lāpstiņām.

Palieciet lāpstiņas
Stāvvirzošās un virzošās lāpstiņas vada ūdeni uz skrējēja lāpstiņām. Stāvvirziņas paliek nekustīgas savā pozīcijā un samazina ūdens virpuļošanu radiālās plūsmas dēļ, tam nonākot skrējēja lāpstiņās, tādējādi padarot turbīnu efektīvāku.

Vadošās lāpstiņas
Virzošās lāpstiņas nav nekustīgas, tās maina savu leņķi atbilstoši prasībai kontrolēt ūdens trieciena leņķi uz turbīnas lāpstiņām, lai palielinātu efektivitāti. Tās arī regulē ūdens plūsmas ātrumu uz rullīša lāpstiņām, tādējādi kontrolējot turbīnas jaudu atbilstoši turbīnas slodzei.

Skrējēja asmeņi
Skriešanas lāpstiņas ir jebkuras Francis turbīnas sirds. Tie ir centri, kur šķidrums ietriecas, un trieciena tangenciālais spēks liek turbīnas vārpstai griezties, radot griezes momentu. Ir jāpievērš īpaša uzmanība lāpstiņu leņķu projektēšanai ieplūdes un izplūdes atverē, jo tie ir galvenie parametri, kas ietekmē enerģijas ražošanu.
Skrējēna lāpstiņām ir divas daļas. Apakšējā puse ir veidota neliela spaiņa formā, lai rotētu turbīnu, izmantojot ūdens impulsa darbību. Savukārt lāpstiņu augšējā daļa izmanto caur to plūstošā ūdens reakcijas spēku. Skrējēns griežas, pateicoties šiem diviem spēkiem.

Iegrimes caurule
Spiediens reakcijas turbīnas skrejriteņa izejā parasti ir mazāks par atmosfēras spiedienu. Ūdeni izejā nevar tieši novadīt uz izplūdes cauruli. Ūdens novadīšanai no turbīnas izejas uz izplūdes cauruli tiek izmantota caurule vai cauruļvads ar pakāpeniski palielinātu laukumu.
Šo cauruli ar pieaugošo laukumu sauc par vilkmes cauruli. Viens caurules gals ir savienots ar iesūknējamā kanāla izeju. Taču otrs gals ir iegremdēts zem ūdens līmeņa astes tornī.