CN114542192B - 蒸汽涡轮机动叶片、蒸汽涡轮机动叶片的制造方法及改造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供蒸汽涡轮机动叶片、蒸汽涡轮机动叶片的制造方法及改造方法，抑制对动叶片的强度的影响，并且有效地将在动叶片叶片面上移动的水滴朝向叶片后缘引导。蒸汽涡轮机动叶片在叶片长度方向上的中间位置具有用于与相邻叶片连结的连接凸台，在以与涡轮机的旋转中心线正交的正交面切断的截面观察时，叶片面局部地凹陷，作为该凹陷的局部叶片面的凹状叶片面形成为至少在腹侧的区域在上述连接凸台的叶片根部侧通过而在叶片弦长方向上呈带状地延伸的叶型。

Description

蒸汽涡轮机动叶片、蒸汽涡轮机动叶片的制造方法及改造 方法

技术领域

本发明涉及蒸汽涡轮机动叶片、蒸汽涡轮机动叶片的制造方法及改造方法。

背景技术

在蒸汽涡轮机中，在从高压级向低压级流动的蒸汽的能量被转换为机械功的过程中蒸汽降温，蒸汽的一部分冷凝而产生微细水滴。因此，在驱动蒸汽涡轮机的蒸汽中，除了气相以外还存在液相即微细水滴，越是低压级，与气相相伴的微细水滴越增加。在低压级中，微细水滴被静叶片的叶片面捕集，这些微细水滴在由于从气相受到的阻力在叶片面上向下游侧移动的过程中相互吸附而粗大化。被静叶片的叶片面捕集到的微细水滴形成水膜、水路或粗大水滴，并到达静叶片后缘。在本申请说明书中，如果不作特别说明，则将上述三个水膜形成的状态、即“水膜”、“水路”及“粗大水滴”统称地记载为“粗大水滴”。水滴作为粗大水滴而再次与气相相伴。脱离了该静叶片的水滴的一部分被下游侧的动叶片的叶片面捕集。被动叶片的叶片面捕集的水滴在受到伴随动叶片的旋转而产生的离心力而在动叶片的叶片面上向叶片前端侧移动的过程中获得动能，使涡轮效率降低，或飞散而产生侵蚀。

希望通过使水滴向下游侧逸散或者在中途剥离来抑制侵蚀。

对此，在专利文献1中公开了如下的结构：在动叶片的背侧面和腹侧面分别设置从前缘附近延伸到后缘附近的槽，利用槽将在动叶片叶片面上向叶片前端侧移动的水滴向叶片后缘侧引导。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2016-166569号公报

发明内容

发明所要解决的课题

近年来，蒸汽涡轮机的转速高速化，特别是叶片长度较长的动叶片的设计变得极其严格。在专利文献1中，虽然没有记载槽的具体结构，但向动叶片的叶片面追加加工槽对叶片强度的影响较大，实际情况是难以应用于近年的动叶片、特别是叶片长度较长的动叶片。

本发明的目的在于提供一种蒸汽涡轮机动叶片、蒸汽涡轮机动叶片的制造方法及改造方法，能够抑制对动叶片的强度的影响，并且能够有效地将在动叶片叶片面上移动的水滴朝向叶片后缘引导。

用于解决课题的技术方案

为了实现上述目的，本发明提供一种蒸汽涡轮机动叶片，在叶片长度方向上的中间位置具有用于与相邻叶片连结的连接凸台，上述蒸汽涡轮机动叶片的特征在于，在以与涡轮机的旋转中心线正交的正交面切断的截面观察时，叶片面局部地凹陷，作为该凹陷的局部叶片面的凹状叶片面形成为至少在腹侧的区域在上述连接凸台的叶片根部侧通过而在叶片弦长方向上呈带状地延伸的叶型。

发明效果

根据本发明，能够抑制对动叶片的强度的影响，并且能够有效地将在动叶片叶片面上移动的水滴朝向叶片后缘引导。

附图说明

图1是示意地表示使用本发明的一个实施方式所涉及的蒸汽涡轮机动叶片的蒸汽涡轮机设备的一例的图。

图2是使用本发明的一个实施方式所涉及的蒸汽涡轮机动叶片的蒸汽涡轮机的剖视图，并且是在穿过涡轮机转子的旋转中心线的平面切断的剖视图。

图3是表示本发明的一个实施方式所涉及的蒸汽涡轮机动叶片的单体的外观结构的立体图。

图4是将由本发明的一个实施方式所涉及的蒸汽涡轮机动叶片构成的叶片列的一部分抽出表示的立体图。

图5是图2中的最终级的动叶片的示意图。

图6是将图5中的a-a线、b-b线、c-c线、d-d线的动叶片的截面(叶型)示于一个图的图。

图7是图5中的VII部的放大图。

图8是图7中的VIII-VIII线的凹状叶片面的剖视图。

图9是第一变形例所涉及的蒸汽涡轮机动叶片的凹状叶片面的剖视图。

图10是第二变形例所涉及的蒸汽涡轮机动叶片的凹状叶片面的剖视图。

图11是第三变形例所涉及的蒸汽涡轮机动叶片的凹状叶片面的剖视图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。

-蒸汽涡轮机发电设备-

图1是示意地表示使用本发明的一个实施方式所涉及的蒸汽涡轮机动叶片的蒸汽涡轮机设备的一例的图。该图所示的蒸汽涡轮机发电设备100具备：蒸汽产生源1、高压涡轮机3、中压涡轮机6、低压涡轮机9、冷凝器11及负载设备13。

蒸汽产生源1是锅炉，对从冷凝器11供给的水进行加热，产生高温高压的蒸汽。在蒸汽产生源1中产生的蒸汽经由主蒸汽管2被引导到高压涡轮机3，对高压涡轮机3进行驱动。对高压涡轮机3进行驱动而降温减压后的蒸汽经由高压涡轮机排气管4被引导到蒸汽产生源1，被再次加热而成为再热蒸汽。

在蒸汽产生源1中产生的再热蒸汽经由再热蒸汽管5被引导到中压涡轮机6，对中压涡轮机6进行驱动。对中压涡轮机6进行驱动而降温减压后的蒸汽经由中压涡轮机排气管7被引导到低压涡轮机9，对低压涡轮机9进行驱动。对低压涡轮机9进行驱动而进一步降温减压后的蒸汽经由扩散器被引导到冷凝器11。冷凝器11具备冷却水配管(未图示)，使被引导到冷凝器11的蒸汽与在冷却水配管内流动的冷却水进行热交换而对蒸汽进行冷凝。在冷凝器11中冷凝而得到的水由供水泵P再次输送到蒸汽产生源1。

高压涡轮机3、中压涡轮机6及低压涡轮机9的涡轮机转子12同轴地连结。负载设备13代表性地为发电机，与涡轮机转子12连结，通过高压涡轮机3、中压涡轮机6及低压涡轮机9的旋转输出而被驱动。

另外，负载设备13有时也采用泵来代替发电机。另外，例示了具备高压涡轮机3、中压涡轮机6及低压涡轮机9的结构，但例如也可以为省略了中压涡轮机6的结构。例示了由高压涡轮机3、中压涡轮机6及低压涡轮机9驱动同一负载设备13的结构，但也可以是由高压涡轮机3、中压涡轮机6及低压涡轮机9分别驱动不同的负载设备的结构。也可以为将高压涡轮机3、中压涡轮机6及低压涡轮机9分为两个组(即两个涡轮机和一个涡轮机)，并由每个组各驱动一个负载设备的结构。而且，例示了具备锅炉作为蒸汽产生源1的结构，但也可以为采用利用燃气涡轮机的排热的余热回收蒸汽产生器(HRSG)作为蒸汽产生源1的结构。即，联合循环发电设备也能够使用后述的蒸汽涡轮机动叶片。用于地热发电或原子能发电的蒸汽涡轮机也能够应用后述的蒸汽涡轮机动叶片。

-蒸汽涡轮机-

图2是在穿过涡轮机转子12的旋转中心线的平面切断的低压涡轮机9的剖视图、即子午面的剖视图。如该图所示，低压涡轮机9具备上述涡轮机转子12和覆盖该涡轮机转子12的静止体15。在静止体15的出口配置有扩散器。另外，在本申请说明书中，将涡轮机转子12的旋转方向定义为“周向”，将涡轮机转子12的旋转中心线C延伸的方向定义为“轴向”，将涡轮机转子12的半径方向定义为“径向”。

涡轮机转子12构成为包含转子盘13a-13d和动叶片14a-14d。转子盘13a-13d是圆盘状的部件，在轴向上重叠配置。也存在转子盘13a-13d与间隔件交替地重叠配置的情况。动叶片14d在转子盘13d的外周面在周向上等间隔地设置有多个。相同地，动叶片14a-14c分别在转子盘13a-13c的外周面在周向上等间隔地设置有多个。动叶片14a-14d从转子盘13a-13d的外周面向径向外侧延伸，面向筒状的工作流体流路F。在工作流体流路F中流动的蒸汽S的能量由动叶片14a-14d转换为机械功，涡轮机转子12以旋转中心线C为中心而一体地旋转。

静止体15构成为包含壳体16和隔板17a-17d。壳体16是形成低压涡轮机9的外周壁的筒状的部件。在该壳体16的内周部安装有隔板17a-17d。隔板17a-17d是构成静叶片的叶片列的扇形体，分别包含隔板外圈18、隔板内圈19及多个静叶片20而一体地形成。隔板17a-17d分别在周向上配置多个而呈环状，构成多级(图2中为4级)的静叶片20的叶片列。

隔板外圈18是在其内周面划定工作流体流路F的外周的部件，被支撑于壳体16的内周面。隔板外圈18在周向上配置多个而形成环。在本实施方式中，隔板外圈18的内周面随着靠近下游侧(图2中的右方)而向径向外侧倾斜。隔板内圈19是在其外周面划定工作流体流路F的内周的部件，相对于隔板外圈18配置于径向内侧。隔板内圈19在周向上配置多个而形成环。静叶片20在各级中在周向上排列配置多个，并沿着径向延伸而连结隔板内圈19和隔板外圈18。

另外，由静叶片20和在其下游侧相邻的动叶片构成一个级。在本实施方式中，隔板17a的静叶片20和动叶片14a构成第一级(初级)。相同地，隔板17b的静叶片20和动叶片14b构成第二级，隔板17c的静叶片20和动叶片14c构成第三级，隔板17d的静叶片20和动叶片14d构成第四级(最终级)。

-蒸汽涡轮机动叶片-

图3是表示动叶片单体的外观结构的立体图，图4是将由多个动叶片构成的叶片列的一部分抽出表示的立体图。这些图所示的动叶片被称为所谓的长叶片，相同结构的动叶片能够在低压涡轮机9的最终级或最终的多级中使用。在近年来的长叶片中，动叶片前端周速马赫数超过1.0的情况较多。图3及图4所示的动叶片作为最终级的动叶片14d来说明，但在其他级中使用的长叶片也是相同的结构。

图3及图4所示的动叶片14d分别具备平台25、叶型部(轮廓部)26、整体围带27及连接凸台28。

平台25支撑叶型部26的根部(径向内侧的部分)29，具备向与叶型部26相反的一侧(即径向的内侧)突出的嵌入部(未图示)。通过将该嵌入部与形成于转子盘13d(图2)的外周面的槽(未图示)嵌合，而动叶片14d被固定于转子盘13d。

叶型部26是将蒸汽的能量转换为机械功的部分，从平台25的外周面向径向外侧延伸。在本实施方式中，在从径向外侧观察时，叶型部26向顺时针方向扭转，但也存在构成为向相反方向扭转的结构的情况。

整体围带27是在周向上相邻的动叶片14d彼此的连结部之一，设置于叶型部26的前端部(径向外侧的端部)30。整体围带27的朝向径向内侧的面划定工作流体流路F的外周。当动叶片14d旋转时，受到离心力，叶型部26向扭转恢复的方向扭转，因此，在周向上相邻的动叶片14d的整体围带27彼此因叶型部26的扭转恢复而接触，由此，相邻叶片彼此连结(图4)。

连接凸台28是在周向上相邻的动叶片14d彼此的连结部之一，设置在叶型部26的根部29与前端部30之间，在本实施方式中设置于叶型部26的叶片长度方向(径向)上的中间部。连接凸台28在动叶片14d的背侧面S1及腹侧面S2分别从叶片面突出地设置。与整体围带27相同地，当动叶片14d旋转时，在周向上相邻的动叶片14d的背腹的连接凸台28彼此因叶型部26的扭转恢复而接触，由此相邻叶片彼此连结(图4)。在图3及图4中，例示了连接凸台28设置于叶型部26的叶片长度方向上的中央部的情况，但也可以根据叶型部26的扭转刚性等变更连接凸台28的叶片长度方向上的位置。

-叶型-

图5是图2中的最终级的动叶片的叶型部的示意图，图6是将图5中的a-a线、b-b线、c-c线、d-d线的动叶片的截面(叶型)示于一张图的图。图7是图5中的VII部的放大图，图8是图7中的VIII-VIII线的凹状叶片面的剖视图。在这些图中代表示出了动叶片14d，但在最终级以外也使用长叶片的情况下，不限于最终级的动叶片14d，最终的多级的动叶片(长叶片)也能够应用相同的结构。

动叶片14a-14d是通过机械加工从冲压成型或铸造成型而成的坯料(未图示)切削出而被高精度地制作的。因此，在坯料的叶型部的整个面确保有几mm的切削余量。在本实施方式中，如图8所示，最终级的动叶片14d或最终的多级的动叶片(长叶片)在以与涡轮机转子12的旋转中心线C正交的正交面切断的截面观察时，呈叶片面局部地凹陷的叶型。以下，将该凹陷的局部叶片面称为凹状叶片面S3。动叶片14d形成为加入了凹状叶片面S3的叶型，换言之，形成为根据与叶片长度方向上的位置之间的关系而局部地改变叶片面的曲率(或者使叶片面弯曲)来形成凹状叶片面S3的叶型。

动叶片14d的叶型部以包括凹状叶片面S3的方式通过切削余量的机械加工而从坯料切削出。也就是说，凹状叶片面S3的最深部距背侧面S1或腹侧面S2的深度被限制为基于机械加工的坯料的切削余量以下，例如2mm左右。换言之，凹状叶片面S3在叶型的轮廓调整的范围内被设计。除了凹状叶片面S3以外的背侧面S1及腹侧面S2(以下，在记载为背侧面S1或腹侧面S2的情况下，是指除了凹状叶片面S3以外的叶片面)是考虑动叶片的强度与质量分布的平衡并且重视空气动力性能而设计的。与此相对，凹状叶片面S3是确保叶片面上的水滴的引导功能，并且考虑动叶片的强度、质量分布、空气动力性能的平衡而设计的。

如图5所示，凹状叶片面S3位于动叶片的叶片长度方向(该图中的上下方向)上的中间位置，在背侧及腹侧的连接凸台28的叶片根部侧通过并在动叶片的弦长方向上呈带状地延伸。如该图所示，凹状叶片面S3的始端E1位于动叶片的背侧面S1，末端E2位于动叶片的腹侧面S2。在本例中，凹状叶片面S3的始端E1位于动叶片的背侧面S1的弦长方向上的中间位置。凹状叶片面S3的末端E2位于腹侧面S2的后缘侧的区域，并从动叶片的后缘离开一定距离。凹状叶片面S3从该始端E1到末端E2经由动叶片的叶片前缘E3而连续。在从径向观察时，在动叶片的叶片面形成有凹状叶片面S3的范围仅是从始端E1到末端E2的区域，在背侧面S1的比始端E1靠后缘侧的区域、腹侧面S2的比末端E2靠后缘侧的区域不存在凹状叶片面。

如图5所示，凹状叶片面S3从始端E1到末端E2以使距叶片根部(换言之为转子盘13d(图2))的距离单调增加的方式延伸，在本实施方式中相对于旋转中心线C均匀地倾斜。因此，在动叶片的背侧，凹状叶片面S3随着靠近前缘而向径向外侧倾斜(图5中的虚线)，在动叶片的腹侧，凹状叶片面S3随着靠近后缘而向径向外侧倾斜(图5中的实线)。在叶片长度方向的中间部，如图6所示，腹侧面S2的轮廓形状设定为，随着截面位置接近叶片前端，凹状叶片面S3的位置从叶片前缘侧向叶片后缘侧连续地移动。相反地，在叶片长度方向的中间部，背侧面S1的轮廓形状设定为，随着截面位置接近叶片前端，凹状叶片面S3的位置从叶片后缘侧向叶片前缘侧连续地移动。由于凹状叶片面S3是连续的，因此如图5所示，凹状叶片面S3的背侧部分的存在区域比凹状叶片面S3的腹侧部分的存在区域靠叶片根部侧。

另外，如图5所示，在叶片长度方向上取得的凹状叶片面S3的开口长度L(图8)设定得比在该方向上取得的连接凸台28的宽度小。凹状叶片面S3是带状的极浅的凹坑，在叶片面(背侧面S1或腹侧面S2)的法线方向上取得的凹状叶片面S3的深度D比凹状叶片面S3的开口长度L更小(图8)。另外，在本实施方式中，凹状叶片面S3的最深部向叶片根部侧偏移，凹状叶片面S3的叶片根部侧的部分的平均曲率大于凹状叶片面S3的叶片前端侧的部分的平均曲率。

在以与旋转中心线C正交的特定的正交面切断的动叶片的截面中，在将凹状叶片面S3的开口长度L与深度D之间的纵横比定义为L/D的情况下，例如能够在L/D＞2、实际上在2＜L/D＜100的范围内设定凹状叶片面S3的截面形状。“特定的正交面”设为除了凹状叶片面S3的始端E1和末端E2以外，例如开口长度L为最小的平面。作为一例，能够将深度D设定为0.3mm左右，将纵横比L/D设定为10以上(开口长度L例如为3-10mm左右)。

在本实施方式中，为了抑制作用于凹状叶片面S3的应力的变化，如图8所示，在以与旋转中心线C正交的正交面切断的截面观察时，凹状叶片面S3的截面由平缓的曲面形成而形成为没有锐角的边缘的形状。在图8中，凹状叶片面S3具有钝角的边缘，但也可以为完全没有边缘的截面形状。在此，在凹状叶片面S3的截面设置钝角的边缘的情况下，在以上述特定的正交面切断的截面中，将横跨凹状叶片面S3的边缘(开口长度方向的端部)地接近的两点的法线l1、l2所成的角度定义为θ。在该情况下，角度θ的最大值(使两点间的距离接近0的情况下的极限值)构成为处于1度至60度之间。但是，即使是这样的钝角的边缘，也存在为了进一步抑制应力集中而进行倒角的情况。

-蒸汽涡轮机动叶片的制造-

如上所述，最终级的动叶片14d或最终的多级的动叶片通过机械加工(例如端铣加工)从通过冲压加工或铸造而成形的坯料切削出来成形。在同一机械加工工序中，一并形成背侧面S1、腹侧面S2及凹状叶片面S3。接着，对通过机械加工而切削出的动叶片的至少叶型部实施喷丸硬化，实现动叶片的表面的加工硬化，通过赋予压缩残留应力，使疲劳强度、耐磨损性、耐应力腐蚀开裂性提高。

-蒸汽涡轮机动叶片的改造-

本实施方式所涉及的具有凹状叶片面S3的蒸汽涡轮机动叶片也能够通过如下的方式来制造，即，以在叶片长度方向的中间位置具有连接凸台的现有的蒸汽涡轮机动叶片为基础，在该现有的蒸汽涡轮机动叶片通过机械加工而形成凹状叶片面S3来进行改造。在该情况下，也能够对追加加工了凹状叶片面S3后的动叶片的至少叶型部实施喷丸硬化。

-水滴的行为-

举出低压涡轮机9的最终级为例进行说明，在最终级的静叶片20的叶片面生长并从静叶片20脱离的粗大水滴的一部分被捕集于动叶片14d的背侧面S1的前缘附近。另外，在这样的粗大水滴之外，未被静叶片捕集而与气相相伴地通过了相邻的静叶片间的微细水滴的一部分与动叶片14d的背侧面S1及腹侧面S2惯性碰撞而被捕集。伴随涡轮机转子12的旋转产生的惯性力向从腹侧面S2拉离的方向作用于被腹侧面S2捕集到的水滴，但水滴由于表面张力而贴附于腹侧面S2并停在叶片面上。在比连接凸台28靠根部侧被背侧面S1或腹侧面S2捕集到的水滴受到伴随涡轮机转子12的旋转产生的离心力而朝向叶片前端移动，并在叶片长度方向的中间部到达凹状叶片面S3。

在此，除了基于蒸汽S的气相的剪切力以外，伴随涡轮机转子12的旋转产生的离心力与表面张力的合力也作用于叶片表面上的水滴。由于动叶片为金属制且叶片面为亲水性，因此相对于金属表面较大的表面张力作用于水滴。由于凹状叶片面S3是叶片面的凹陷，所以在作用于到达凹状叶片面S3的水滴的表面张力(作用于叶片面的法线方向的力)产生朝向叶片根部侧的方向分量(图8)。此外，由于凹状叶片面S3相对于旋转中心线C倾斜地呈带状地延伸，因此在凹状叶片面S3上作用于水滴的表面张力还包含朝向凹状叶片面S3的末端E2的分量(图7)。因此，作用于到达凹状叶片面S3的水滴的表面张力与离心力的合力产生沿着凹状叶片面S3的方向分量(图7)。因此，在叶片根部侧被动叶片的叶片面捕集到的水滴在到达凹状叶片面S3时向凹状叶片面S3的延伸方向转向，被凹状叶片面S3导向而被向末端E2引导。到达了凹状叶片面S3的末端E2的水滴由于蒸汽S的气相的剪切力而在叶片后缘附近从腹侧面S2脱离，不到达叶片前端而从叶片面被排除。

另外，即使到达凹状叶片面S3，一部分水滴也有可能朝向叶片前端。但是，由于凹状叶片面S3如图8所示那样为曲面状的凹陷，因此在从凹状叶片面S3的内部朝向叶片前端时，从叶片截面的内侧朝向外侧(在该图中为右方向)的速度分量被赋予水滴，水滴从叶片面脱离(剥离)。特别是在腹侧，如上所述，随着涡轮机转子12的旋转，从腹侧面S2离开的方向的惯性力作用于水滴，因此水滴更容易从叶片面脱离。在腹侧，蒸汽S的气相向将水滴向腹侧面S2按压的方向作用，但从叶片面脱离的水滴粗大，因此不易受到基于气相的按压效果的影响。此外，由于动叶片向从脱离的水滴离开的方向旋转，所以脱离的水滴不会再次被腹侧面S2捕集。从叶片面脱离的水滴被气相向下游冲走而运送到冷凝器11(图1)。

-效果-

(1)在动叶片叶片面上朝向叶片前端的水滴的移动消耗动叶片的旋转能量。特别是为了将水滴从动叶片的根部侧运送到前端而消耗的能量大，是动叶片作功损失的主要原因。此外，水滴在叶片面移动的过程中一边粗大化一边加速，到达至动叶片前端的水滴超过动叶片前端速度，以超音速恢复为蒸汽的流动而与隔板外圈18、密封件等碰撞，成为侵蚀的主要原因。

与此相对，在本实施方式中，由于设置了凹状叶片面S3，因此如上所述，能够通过离心力与表面张力的合力，在凹状叶片面S3捕集水滴，并且将捕集到的水滴在叶片长度方向的中间位置朝向叶片后缘引导而从叶片面排除。另外，即使一部分水滴要越过凹状叶片面S3，也能够如上述那样促进水滴从叶片面的剥离，抑制水滴到达叶片前端的情况。由此，能够削减将水滴从比连接凸台28靠叶片根部侧移送到叶片前端所无谓消耗的动叶片的机械功，由此能够提高蒸汽涡轮机的能量效率。

另外，凹状叶片面S3不是普通的槽，而是对叶型的轮廓形状进行局部变更而形成的极浅的凹状的叶片面，因有无凹状叶片面S3而产生的动叶片的重量及重量分布的变化极小。因此，几乎没有因凹状叶片面S3的存在而对动叶片的强度造成的影响，也避免了动叶片的固有振动频率的调整的困难化。

如上所述，根据本实施方式，能够抑制对动叶片的强度的影响，并且有效地将在动叶片叶片面上移动的水滴朝向叶片后缘引导。

(2)如上所述，从叶片根部侧移送到动叶片前端的水滴以粗大化的状态从叶片前端脱离，并以高速与周围的构造物碰撞而可能产生侵蚀。已知侵蚀以水滴相对于对象物的碰撞速度的3次方发展。

根据本实施方式，能够使在比连接凸起28靠根部侧处被捕集的水滴在到达叶片前端之前，在与叶片前端相比周速较慢的凹状叶片面脱离。虽然也取决于凹状叶片面在叶片长度方向上的设置位置，但从动叶片前端脱离的水滴量由于凹状叶片面的存在而有可能减半，也能够期待侵蚀的进展的大幅抑制。

(3)作为长叶片的动叶片14d如图3所示那样形成为扭转的形状，因此在叶片长度方向上的靠根部的部分被背侧面S1捕集的水滴在受到离心力而朝向叶片前端移动时经由前缘而迂回到腹侧面S2。在图3中，用虚线箭头例示了被背侧面S1捕集到的水滴的行为，用实线箭头例示了迂回到腹侧面S2后的水滴的行为。

在本实施方式中，通过设置经由叶片前缘E3从背侧面S1延伸到腹侧面S2的凹状叶片面S3，能够如上述那样将在背侧面S1捕集到的水滴在适当的位置捕集在叶片前缘E3附近而使其合理地从叶片面脱离。

(4)另外，凹状叶片面S3从背侧的始端E1到腹侧的末端E2以距叶片根部的距离单调增加的方式延伸，并且在背侧随着靠近叶片前缘E3而向叶片前端侧倾斜。通过这样的凹状叶片面的倾斜，即使在叶片的背侧也能够对离心力与表面张力的合力赋予朝向凹状叶片面S3的末端E2的分量。由此，对于在背侧由凹状叶片面S3捕集到的水滴，也能够以经由叶片前缘E3的路径朝向后缘没有困难地顺利地进行引导。

(5)在以与旋转中心线C正交的正交面切断的截面观察时，凹状叶片面S3形成为不具有锐角的边缘的形状。由此，能够抑制向凹状叶片面S3的应力集中。

(6)另外，凹状叶片面S3的末端E2从叶片后缘分离，即使是腹侧面S2，在后缘附近也不存在凹状叶片面。叶片后缘附近的水滴无需被凹状叶片面引导，通过气相的剪切等作用就自然地到达后缘而从叶片面排除。另外，在背侧面S1的后缘侧的区域也不存在凹状叶片面。如上所述，在背侧面S1，在前缘附近可能捕捉到粗大水滴，但由于这些粗大水滴经由叶片前缘E3迂回到腹侧面S2，所以在背侧面S1的叶片后缘侧的区域形成凹状叶片面的必要性脚低。这样，通过准确地掌握水滴的动线，将凹状叶片面的设置区域仅限制在适当的位置，能够合理地抑制伴随凹状叶片面的形成而产生的对动叶片的强度等的影响。

(7)凹状叶片面S3的开口长度L与深度D之间的纵横比L/D为2＜L/D＜100左右。如上所述，凹状叶片面S3不具有锐角的边缘，即使在凹状叶片面S3设置了边缘，横跨该边缘而接近的两点的法线所成的角度的最大值也是处于1度至60度之间的程度。凹状叶片面S3在坯料的切削余量的范围内通过轮廓调整而形成。

因此，不需要新准备冲压加工或铸造的模具，具有凹状叶片面的动叶片能够沿用现有的模具来制造，在制造成本方面优点也较大。

(8)另外，如上所述，凹状叶片面S3极浅，是能够在坯料的切削余量的范围内形成的程度。因此，在凹状叶片面S3没有从背侧面S1或腹侧面S2的法线方向看不到的部分。由此，能够对包括凹状叶片面S3在内的叶型的整个面实施喷丸硬化。

(9)另外，凹状叶片面S3只要是对作用于水滴的表面张力的方向赋予变化的程度的极浅的凹陷即可。如上所述，由凹状叶片面S3的有无引起的重量等的变化也极小，因此通过追加加工对现有的动叶片进行改造来制造也是容易的。

-变形例-

图9是第一变形例所涉及的蒸汽涡轮机动叶片的凹状叶片面的剖视图，图10是第二变形例所涉及的蒸汽涡轮机动叶片的凹状叶片面的剖视图，图11是第三变形例所涉及的蒸汽涡轮机动叶片的凹状叶片面的剖视图。图9-图11都是与上述实施方式的图8对应的图。如这些图所示，凹状叶片面S3的截面形状能够适当地进行设计变更。如图9所示，也可以形成为如下的形状：使凹状叶片面S3的最深部向叶片前端侧偏移，相对于凹状叶片面S3的叶片根部侧的部分，凹状叶片面S3的叶片前端侧的部分的平均曲率较大。如图10所示，也可以形成为将中央部作为最深部的截面形状的凹状叶片面S3。如图11所示，也可以将凹状叶片面S3在叶片长度方向上设置多列。

另外，举出在从径向观察时将凹状叶片面S3设置于动叶片的周围的一部分的结构为例进行了说明，但也可以为在动叶片的整周设置了凹状叶片面S3的结构。举出从背侧到腹侧设置了凹状叶片面S3的结构为例进行了说明，但也可以为仅在腹侧设置了凹状叶片面S3的结构。

附图标记说明

14a-14d…蒸汽涡轮机动叶片，28…连接凸台，C…旋转中心线，D…深度，E1…始端，E2…末端，E3…叶片前缘，l1、l2…法线，L…开口长度，L/D…纵横比，S1…背侧面，S2…腹侧面，S3…凹状叶片面，θ…法线所成的角度。

Claims (6)

1.一种蒸汽涡轮机动叶片，在叶片长度方向上的中间位置具有用于与相邻叶片连结的连接凸台，所述蒸汽涡轮机动叶片的特征在于，

在以与涡轮机的旋转中心线正交的正交面切断的截面观察时，叶片面局部地凹陷，作为该凹陷的局部叶片面的凹状叶片面形成为至少在腹侧的区域在所述连接凸台的叶片根部侧通过而在叶片弦长方向上呈带状地延伸的叶型，

呈带状地延伸的所述凹状叶片面的始端位于背侧面，末端位于腹侧面，

所述凹状叶片面从所述始端到所述末端经由叶片前缘而连续，并且从所述始端到所述末端而以距叶片根部的距离单调增加的方式延伸，

在以与所述旋转中心线正交的正交面切断的截面中，在将所述凹状叶片面的开口长度定义为L、深度定义为D、纵横比定义为L/D的情况下，2＜L/D＜100。

2.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机动叶片，其特征在于，

在以与所述旋转中心线正交的正交面切断的截面观察时，所述凹状叶片面形成为不具有锐角边缘的形状。

3.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机动叶片，其特征在于，

在以与所述旋转中心线正交的正交面切断的截面中，横跨所述凹状叶片面的边缘地接近的两点的法线所成的角度的最大值在1度至60度之间。

4.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机动叶片，其特征在于，

所述蒸汽涡轮机动叶片通过机械加工而切削出叶型部，所述凹状叶片面的深度为所述机械加工的切削余量以下。

5.一种蒸汽涡轮机动叶片的制造方法，是在叶片长度方向上的中间位置具有用于与相邻叶片连结的连接凸台的蒸汽涡轮机动叶片的制造方法，所述蒸汽涡轮机动叶片的制造方法的特征在于，包含如下的步骤：

通过机械加工切削出具有权利要求1中的凹状叶片面的蒸汽涡轮机动叶片；及

对叶型部实施喷丸硬化。

6.一种蒸汽涡轮机动叶片的改造方法，是在叶片长度方向上的中间位置具有用于与相邻叶片连结的连接凸台的现有的蒸汽涡轮机动叶片的改造方法，所述蒸汽涡轮机动叶片的改造方法的特征在于，

在所述蒸汽涡轮机动叶片上通过机械加工而形成权利要求1中的凹状叶片面。