フランシス水車
反動水車の一種であるフランシス水車は、流水の圧力エネルギーを、水車を回転させる運動エネルギーとするものである。
水車は、高い圧力が加わっている取水口部分と圧力の低い放水口部分との間に位置し、通常はダムの基部に設置されている。
水車の入口部分は、螺旋状に形成されているケーシング(渦形室)となっており、何枚ものガイドベーン(案内羽根)はランナに対し接線方向に水を流入させる。流水はランナの羽根(ランナベーン、水車羽根)に作用し、ランナを回転させる。ガイドベーンは、使用水量に応じて効率的な運転を行うよう、開度を調整することができる。
ランナを通過している水は軸中心部に向かうにつれ、さらにランナに作用するようになる。これは、ボールにひもを付けて振り回したとき、ひもが短ければボールがより速く回転するということを想像すると理解しやすい。この特性は、水の圧力(水圧)に加え、水車が内側に向かって流れる流水のエネルギーを利用するのを支援している。
フランシス水車発電機の模型赤い部分が回転する水車ランナで、黄色い部分がガイドベーンである。
ガイドベーン全閉
ガイドベーン全開
水はコーヒーカップ状のランナに作用したのち、運動エネルギーならびに位置エネルギーが極小となり渦もなくなった状態で排出される。水車出口には、水を減速させ運動エネルギーを回復させることを特に考慮して形成された吸出管(すいだしかん、ドラフト)が接続されている。