เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำพลังงานทางเลือก 500 กิโลวัตต์ แบบกังหันน้ำฟรานซิส ในประเทศอุซเบกิสถาน

กังหันฟรานซิส คือ การผสมผสานระหว่างกังหันแบบแรงกระตุ้นและกังหันแบบปฏิกิริยา โดยใบพัดจะหมุนโดยใช้ทั้งแรงปฏิกิริยาและแรงกระตุ้นจากน้ำที่ไหลผ่าน ทำให้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น กังหันฟรานซิสใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าบ่อยที่สุดในโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดกลางหรือขนาดใหญ่
กังหันน้ำเหล่านี้สามารถใช้ได้กับระดับความสูงของน้ำตั้งแต่ 2 เมตรถึง 300 เมตร นอกจากนี้ กังหันน้ำเหล่านี้ยังมีประโยชน์ตรงที่ทำงานได้ดีเท่ากันไม่ว่าจะวางในแนวนอนหรือแนวตั้ง น้ำที่ไหลผ่านกังหันฟรานซิสจะสูญเสียความดัน แต่ความเร็วของน้ำจะคงที่โดยประมาณ ดังนั้นจึงถือว่าเป็นกังหันแบบปฏิกิริยา

คำอธิบายแผนภาพส่วนประกอบหลักของกังหันฟรานซิสแต่ละชนิดมีดังต่อไปนี้

ปลอกเกลียว
ท่อเกลียวเป็นท่อทางเข้าของน้ำสู่กังหัน น้ำที่ไหลมาจากอ่างเก็บน้ำหรือเขื่อนจะไหลผ่านท่อนี้ด้วยแรงดันสูง ใบพัดของกังหันถูกจัดวางเป็นวงกลม ซึ่งหมายความว่าน้ำที่กระทบใบพัดของกังหันควรไหลตามแกนวงกลมเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพในการกระทบที่ดี ดังนั้นจึงมีการใช้ท่อเกลียว แต่เนื่องจากการเคลื่อนที่แบบวงกลมของน้ำ ทำให้แรงดันภายในท่อลดลง
เพื่อรักษาระดับความดันให้คงที่ เส้นผ่านศูนย์กลางของปลอกหุ้มจะค่อยๆ ลดลง ส่งผลให้โมเมนตัมหรือความเร็วที่กระทบใบพัดมีความสม่ำเสมอ

สเตย์ แวนส์
ใบพัดนำทางและใบพัดคงที่ทำหน้าที่นำน้ำไปยังใบพัดหมุน ใบพัดคงที่นั้นจะอยู่กับที่และช่วยลดการหมุนวนของน้ำเนื่องจากการไหลในแนวรัศมีขณะที่น้ำเข้าสู่ใบพัดหมุน ทำให้กังหันมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ใบนำทาง
ใบพัดนำทางไม่ได้อยู่นิ่ง แต่จะเปลี่ยนมุมตามความต้องการเพื่อควบคุมมุมการกระทบของน้ำกับใบพัดกังหันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังควบคุมอัตราการไหลของน้ำเข้าสู่ใบพัดกังหัน จึงควบคุมกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้จากกังหันตามภาระที่กระทำต่อกังหัน

ใบมีดวิ่ง
ใบพัดของกังหันฟรานซิสเป็นหัวใจสำคัญของกังหันชนิดนี้ เป็นจุดศูนย์กลางที่ของเหลวพุ่งชน และแรงกระแทกในแนวสัมผัสจะทำให้เพลาของกังหันหมุน ทำให้เกิดแรงบิด จึงจำเป็นต้องให้ความสำคัญกับการออกแบบมุมของใบพัดที่ทางเข้าและทางออก เนื่องจากเป็นพารามิเตอร์หลักที่มีผลต่อการผลิตพลังงาน
ใบพัดของกังหันมีสองส่วน ส่วนล่างทำเป็นรูปทรงคล้ายถังขนาดเล็กเพื่อหมุนกังหันโดยใช้แรงกระตุ้นจากน้ำ ในขณะที่ส่วนบนของใบพัดใช้แรงปฏิกิริยาจากน้ำที่ไหลผ่าน กังหันจึงหมุนได้ด้วยแรงทั้งสองนี้

ท่อดราฟท์
โดยทั่วไป ความดันที่ทางออกของใบพัดกังหันแบบปฏิกิริยาจะต่ำกว่าความดันบรรยากาศ น้ำที่ทางออกไม่สามารถปล่อยลงสู่รางระบายน้ำโดยตรงได้ จึงต้องใช้ท่อหรือท่อที่มีพื้นที่หน้าตัดเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ในการระบายน้ำจากทางออกของกังหันไปยังรางระบายน้ำ
ท่อที่มีพื้นที่เพิ่มขึ้นนี้เรียกว่า ท่อดราฟท์ (Draft Tube) ปลายด้านหนึ่งของท่อเชื่อมต่อกับทางออกของใบพัด (runner) ส่วนปลายอีกด้านหนึ่งจมอยู่ใต้น้ำในบริเวณทางระบายน้ำท้าย (tail-race)