프란시스(Francis) 수차

 

고정날개 회전차를 갖으며 카플란 수차와 같이 물의 흐름은 원주방향으로 유입되어 축방향으로 유출된다. [그림]과 같이 이 수차의 주요 구성은 물이 회전차에 유입되는 것을 돕는 스파이럴 케이싱(Spiral casing)과 유입되는 물의 양을 조절하는 유량조절 수문 및 흡출관으로 되어 있다. 유량조절 수문이 없는 프란시스 수차는 일정한 낙차의 부하에서 운전되는 것이 좋으며 수차 입구의 개폐밸브를 사용하여 운전개시와 종료에 작동한다.

이 수차의 사용유량의 범위는 설계유량의 30 ~ 115% 이며 30% 이하에서 운전되면 심한 진동과 출력 서어징 (Surging) 현상이 발생한다. 또한 사용낙차의 범위는 60 ~ 125% 정도이며 최대효율은 15MW 이내의 용량의 수차에서 88 ~ 90% 까지 얻을 수 있다고 알려져 있다.

프란시스 수차발전기의 설치형식은 수직축 또는 수평축으로 할 수 있으며, (a)와 같이 수직축으로 설치할 경우는 중형이상의 수차에 한하여, 소형의 프란시스 수차발전기는 (b)와 같이 수평축으로 설치할 수 있으므로 증속기 등을 장치하여 발전기를 소형화할 수도 있고 유지보수에 편리하므로 경제적이라 할 수 있다.

스파이럴 케이싱은 강철 또는 콘크리트로 할 수 있으며 약 10m 이하의 낙차에서는 (c)와 같은 노출형 설치를 할 수 있다. 그러나 이보다 큰 낙차에서 노출형 설치를 할 경우에는 수차발전기의 회전축에 기계적인 무리가 가해지므로 설치하지 못한다.