फ्रांसिस टरबाइन

James B. Francis ने इसे लॉवेल, मैसाचुसेट्स में करीब 1848 में विकसित किया। फ्रांसिस टरबाइन एक रिएक्शन टरबाइन है: रनर पूरी तरह पानी में डूबा और दबाव में रहता है, और पानी दबाव में गिरावट और वेग में बदलाव, दोनों से ऊर्जा देता है। पानी स्पाइरल केसिंग (वॉल्यूट) में घुसता है, एडजस्टेबल विकेट गेट से गुज़रता है जो फ्लो नियंत्रित करते हैं और घुमाव तय करते हैं, रनर में मुड़ता है और ड्राफ्ट ट्यूब से निकलता है, जो गतिज ऊर्जा वापस पाती है।

मुख्य आंकड़े:

• हेड रेंज: करीब 30–700 m, ज़्यादातर यूनिट 40 से 400 m के बीच (हाइड्रॉलिक हेड)
• अधिकतम दक्षता: बड़ी यूनिटों में 93–96%; रेटेड फ्लो के करीब 40–50% से नीचे दक्षता काफी गिर जाती है, जहां ड्राफ्ट ट्यूब में वॉर्टेक्स रोप और दबाव में स्पंदन दिखने लगते हैं
• यूनिट का आकार: 1 MW से कम से लेकर 1,000 MW तक; Baihetan (चीन) में 1,000 MW की 16 फ्रांसिस यूनिटें हैं; Three Gorges और Itaipu में 700 MW-श्रेणी की यूनिटें हैं

दुनिया की स्थापित जलविद्युत क्षमता में फ्रांसिस मशीनें हावी हैं, क्योंकि बड़ी जलाशय योजनाओं के मध्यम-हेड बांधों के लिए ये सही बैठती हैं। रिवर्सिबल फ्रांसिस पंप-टरबाइन पंप्ड हाइड्रो स्टोरेज की मानक मशीन है, जो एक दिशा में पंप और दूसरी दिशा में टरबाइन की तरह चलती है।

डिज़ाइन की चुनौतियों में कैविटेशन शामिल है, जिसे रनर को टेलवॉटर स्तर से नीचे रखकर नियंत्रित किया जाता है, और आंशिक लोड पर अस्थिरता, जो तब और मायने रखती है जब हाइड्रो प्लांटों से बदलते पवन और सोलर उत्पादन को संतुलित करने की उम्मीद की जाती है।