具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-4所示，根据本发明实施例的涡轮叶片100包括叶片体1和前缘隔板4。

叶片体1具有在其弦向方向上相对的前缘101和尾缘102。叶片体1具有在其高度方向上相对的叶顶104和叶底105。前缘101处设有前缘冷却腔。

前缘隔板4沿叶片体1的高度方向延伸，前缘隔板4设置在前缘冷却腔内以将前缘冷却腔分隔为旋流腔2和进气腔3。旋流腔2在叶片体1的弦向方向上相比于进气腔3更邻近前缘101设置。叶底105上设有与进气腔3连通的前缘冷却气进口301和与旋流腔2连通的前缘冷却气出口201。前缘隔板4上设有与旋流腔2和进气腔3中的每一者连通的前缘通道401。

由此，前缘冷却工质(前缘冷却气)通过前缘冷却气进口301进入进气腔3，然后通过前缘隔板4上的前缘通道401进入旋流腔2，在旋流腔2内沿前缘101位置处的圆弧形结构流动，之后部分或全部从前缘冷却气出口201流出而得到回收。由于前缘101位置处的圆弧形结构，前缘冷却工质在旋流腔2内会产生旋涡，从而有效破坏前缘冷却工质边界层的发展，强化前缘101处的换热效果，从而提高前缘101处的冷却效果，有利于提高燃气轮机的功率和效率，维护其安全稳定运行。

因此，根据本发明实施例的涡轮叶片100具有冷却效果好等优点。

下面结合附图详细描述根据本发明实施例的涡轮叶片100。

根据本发明实施例的涡轮叶片100包括叶片体1和前缘隔板4。

叶片体1具有在其弦向方向上相对的前缘101和尾缘102。叶片体1具有在其高度方向上相对的叶顶104和叶底105。前缘101处设有前缘冷却腔。

前缘隔板4沿叶片体1的高度方向延伸，前缘隔板4设置在前缘冷却腔内以将前缘冷却腔分隔为旋流腔2和进气腔3。旋流腔2在叶片体1的弦向方向上相比于进气腔3更邻近前缘101设置。叶底105上设有与进气腔3连通的前缘冷却气进口301和与旋流腔2连通的前缘冷却气出口201。前缘隔板4上设有与旋流腔2和进气腔3中的每一者连通的前缘通道401。

例如，如图3和图4所示，以叶片体1的弦向方向为前后方向，前缘101设置在尾缘102的前侧为例，旋流腔2设置在进气腔3的前侧。

优选地，前缘通道401设有多个，多个前缘通道401沿叶片体1的高度方向间隔布置。

由此，进气腔3内的前缘工质通过多个前缘通道401分别进入旋流腔2内，并在旋流腔2内沿前缘101位置处的圆弧形结构流动而产生旋涡，实现对前缘101处的冷却。由于多个前缘通道401沿叶片体1的高度方向间隔布置，因此，有利于使旋流腔2和进气腔3内的各处均具有前缘工质，从而有利于实现对前缘101处各部分的冷却，进而有利于提高前缘101处的冷却效果，有利于进一步提高燃气轮机的功率和效率，维护其安全稳定运行。

在一些实施例中，叶片体1具有在其厚度方向上相对的吸力面106和压力面107，前缘通道401在叶片体1的厚度方向上邻近吸力面106或压力面107设置。

由此，进气腔3内的前缘工质以邻近甚至贴着吸力面106或压力面107的方式流向旋流腔2内，使得进入旋流腔2内的前缘工质更易沿缘101位置处的圆弧形结构流动并产生旋涡，从而更有效地破坏前缘冷却工质边界层的发展，强化前缘101处的换热效果。

例如，如图3和图4所示，前缘通道401设置在前缘隔板4的邻近压力面107的侧面上。由此，进气腔3内的前缘工质以贴着压力面107的方式流入旋流腔2内，并沿着旋流腔2的腔壁流动。

在一些实施例中，前缘101上设有与旋流腔2连通的气膜孔1011。

由此，一方面，经过旋流腔2的一部分前缘工质经气膜孔1011流出，从而增强叶片前缘101处的流体掺混，对前缘101进行有效冷却；另一方面，经气膜孔1011流出的前缘工质可以在气膜孔1011附近形成气膜，有效避免前缘101与高温主流直接接触，从而避免前缘101温度过高。有利于进一步提高燃气轮机的功率和效率，维护其安全稳定运行。

在一些实施例中，气膜孔1011设有多个，多个气膜孔1011沿叶片体1的高度方向间隔布置。

由此，沿叶片体1的高度方向间隔布置的多个气膜孔1011，不仅有利于进一步增强叶片前缘101处的流体掺混，对前缘101进行有效冷却；而且可以在前缘101上沿叶片体1的高度方向形成多个气膜，更有效地避免前缘101与高温主流直接接触，有利于进一步提高燃气轮机的功率和效率，维护其安全稳定运行。

在一些实施例中，叶片体1具有在其弦向方向上位于前缘101和尾缘102之间的中弦108，中弦108处设有中弦冷却腔5，叶底105上设有与中弦冷却腔5连通的中弦冷却气进口501，叶片体1上设有与中弦冷却腔5连通的中弦冷却气出口502。

例如，如图3和图4所示，以叶片体1的弦向方向为前后方向，前缘101设置在尾缘102的前侧为例，前缘冷却腔设置在中弦冷却腔5的前侧。

由此，中弦冷却工质(中弦冷却气)通过中弦冷却气进口501进入中弦冷却腔5，与位于前缘101和尾缘102之间的中弦108处进行换热，然后通过中弦冷却气出口502流出而得到回收，实现对中弦108处的冷却，有利于进一步提高燃气轮机的功率和效率，维护其安全稳定运行。

在一些实施例中，中弦冷却腔5包括第一中弦冷却腔6和第二中弦冷却腔8，第一中弦冷却腔6和第二中弦冷却腔8沿叶片体1的弦向方向间隔布置。

涡轮叶片100还包括第一中弦隔板7和多个第二中弦隔板9。

第一中弦隔板7沿叶片体1的高度方向延伸，第一中弦隔板7设置在第一中弦冷却腔6内，第一中弦隔板7与第一中弦冷却腔6的腔壁之间限定出U形冷却通道601。叶底105上设有与U形冷却通道601连通的第一中弦冷却气进口602，叶片体1上设有与U形冷却通道601连通的第一中弦冷却气出口603。

每个第二中弦隔板9沿叶片体1的弦向方向延伸，多个第二中弦隔板9沿叶片体1的高度方向间隔设置在第二中弦冷却腔8内，多个第二中弦隔板9和第二中弦冷却腔8的腔壁之间限定出蛇形冷却通道801。叶底105上设有与蛇形冷却通道连通801的第二中弦冷却气进口802，叶片体1上设有与蛇形冷却通道801连通的第二中弦冷却气出口803。

上述第一中弦冷却气进口602和第二中弦冷却气进口802均为中弦冷却气进口501，第一中弦冷却气出口603和第二中弦冷却气出口803均为中弦冷却气出口502。

例如，如图3和图4所示，以叶片体1的弦向方向为前后方向，前缘101设置在尾缘102的前侧为例，第一中弦冷却腔6设置在第二中弦冷却腔8的前侧。

由此，一部分中弦冷却工质通过第一中弦冷却气进口602进入U形冷却通道601内，该部分中弦冷却工质与设置有第一中弦冷却腔6的中弦部分进行换热，然后该部分中弦冷却工质通过第一中弦冷却气出口603流出而得到回收。另一部分中弦冷却工质通过第二中弦冷却气进口802进入蛇形冷却通道801,该部分中弦冷却工质与设置有第二中弦冷却腔8的中弦部分进行换热，然后该部分中弦冷却工质通过第二中弦冷却气出口803流出而得到回收，实现对中弦108处的冷却。

由于U形冷却通道601同时只有两个流程，因此，容易将第一中弦冷却腔6内的中弦冷却工质的阻力损失控制在合理范围内。由于蛇形冷却通道801内的中弦冷却工质实际上沿涡轮的轴向流动，因此，第二中弦冷却腔8内的中弦冷却工质可以克服旋转科氏力的不利影响，保证流场的均匀性，从而增强中弦108处的换热性能。

由此，可以根据叶片体1的中弦108处的具体结构、中弦冷却工质的性质以及高温主流的工况等，合理设置U形冷却通道601和蛇形冷却通道801的尺寸和在弦向方向上的位置，从而在将中弦冷却工质的阻力控制在合理范围内的情况下，保证中弦108处流场的均匀性，增强中弦108处的换热性能。

在一些实施例中，第一中弦冷却腔6在叶片体1的弦向方向上位于前缘冷却腔和第二中弦冷却腔8之间，第一中弦冷却气出口603设置在叶底105上。

由此，方便将从第一中弦冷却气出口603流出的冷却工质回收。

在一些实施例中，尾缘102处设有尾缘冷却腔11。

涡轮叶片100还包括尾缘隔板12，尾缘隔板12沿叶片体1的高度方向延伸，尾缘隔板12设置在尾缘冷却腔11内以将尾缘冷却腔11分隔为包括第一冷却腔1101和第二冷却腔1102的多个冷却腔。第二冷却腔1102在叶片体1的弦向方向上相比于第一冷却腔1101更邻近尾缘102设置。叶底105上设有与第一冷却腔1101连通的尾缘冷却气进口11011和与第二冷却腔1102连通的第二冷却气出口11021。中弦冷却腔5在叶片体1的弦向方向上位于前缘冷却腔和尾缘冷却腔11之间，中弦冷却腔5的至少一部分与第一冷却腔1101连通，尾缘隔板12上设有沿叶片体1的弦向方向延伸的射流孔1200。

例如，中弦冷却腔5和第一冷却腔1101之间设有隔断10，第二中弦冷却气出口803设置在隔断10上，从而实现中弦冷却腔5的至少一部分与第一冷却腔1101的连通。

例如，如图3和图4所示，以叶片体1的弦向方向为前后方向，前缘101设置在尾缘102的前侧为例，中弦冷却腔5设置在尾缘冷却腔11的前侧，且第一冷却腔1101设置在第二冷却腔1102的前侧。

由此，尾缘冷却工质(尾缘冷却气)通过尾缘冷却气进口11011进入第一冷却腔1101，部分或全部从中弦冷却腔5流出的中弦冷却工质也进入第一冷却腔1101，进入第一冷却腔1101的冷却工质(尾缘冷却工质和流入第一冷却腔1101的中弦冷却工质)与尾缘102处换热，然后进入第一冷却腔1101的冷却工质部分或全部通过第二冷却气出口11021流出而得到回收。

由于，中弦冷却腔5的至少一部分与第一冷却腔1101连通，因此，至少一部分中弦冷却腔5与尾缘冷却腔11相连通，从而至少一部分中弦冷却腔5与尾缘冷却腔11耦合起来，从而使得从射流孔1200进入第二冷却腔1102内的冷却工质的速度更快，从而对设置第二冷却腔1102的尾缘102处进行冲击冷却，提高尾缘102处的冷却效果，有利于提高燃气轮机的功率和效率，维护其安全稳定运行。

在一些实施例中，叶片体1上设有尾缘劈缝13，尾缘劈缝13在叶片体1的弦向方向上位于第二冷却腔1102和尾缘102之间，尾缘劈缝13与第二冷却腔1102连通。

由此，进入第一冷却腔1101的冷却工质中的一部分通过第二冷却气出口11021流出，进入第一冷却腔1101的冷却工质中的另一部分通过尾缘劈缝13流出，通过尾缘劈缝13流出的冷却工质可以覆盖在尾缘102的外表面上而形成气膜，有效避免了尾缘102与高温主流的直接接触，从而避免尾缘102温度过高。有利于进一步提高燃气轮机的功率和效率，维护其安全稳定运行。

在一些实施例中，第二冷却腔1102内设有翅片14。

由于从射流孔1200进入第二冷却腔1102内的冷却工质的速度较快，使得进入第二冷却腔1102内的冷却工质之后以对流的形式经过翅片14，破环流动边界层的发展并增强流体掺混，同时减少翅片14的尾缘102附近的封闭涡，进而减小冷却工质的压力损失，保证该部分冷却工质可以通过尾缘劈缝13流出，实现对尾缘102的冷却。

在一些实施例中，尾缘隔板12设有多个，多个尾缘隔板12沿叶片体1的弦向方向间隔布置以将尾缘冷却腔11分隔为包括第一冷却腔1101、第二冷却腔1102和第三冷却腔1103的多个冷却腔。第三冷却腔1103在叶片体1的弦向方向上位于第一冷却腔1101和第二冷却腔1102之间，叶底105上设有与第三冷却腔1103连通的第三冷却气出口11031。

例如，如图3和图4所示，以叶片体1的弦向方向为前后方向，前缘101设置在尾缘102的前侧，尾缘隔板12设有两个为例。两个尾缘隔板12分别为第一尾缘隔板1201和第二尾缘隔板1202，设置在第一尾缘隔板1201上的射流孔1200为第一射流孔12011，设置在第二尾缘隔板1202上的射流孔为第二射流孔。第一尾缘隔板1201设置在第二尾缘隔板1202的前侧，从而第一冷却腔1101设置在第二冷却腔1102的前侧，第二冷却腔1102设置在第三冷却腔1103的前侧。

由此，尾缘冷却工质通过尾缘冷却气进口11011进入第一冷却腔1101，部分或全部从中弦冷却腔5流出的中弦冷却工质也进入第一冷却腔1101，进入第一冷却腔1101的冷却工质先通过第一射流孔12011进入第三冷却腔1103，与设置有第三冷却腔1103的尾缘102处换热。然后进入第三冷却腔1103的冷却工质中的一部分经第三冷却气出口11031流出而得到回收；进入第三冷却腔1103的冷却工质中的另一部分经第二射流孔12021进入第二冷却腔1102。最后进入第二冷却腔1102的冷却工质部分或全部通过第二冷却气出口11021流出而得到回收。

由于至少一部分中弦冷却腔5与尾缘冷却腔11耦合起来，因此，从第一射流孔12011进入第三冷却腔1103的冷却工质以及从第二射流孔12021进入第二冷却腔1102的冷却工质的流出均较快，从而对设置第二冷却腔1102和第三冷却腔1103的尾缘102处进行冲击冷却，有利于进一步提高尾缘102处的冷却效果，有利于提高燃气轮机的功率和效率，维护其安全稳定运行。

需要说明的是，图3和图4所示的涡轮叶片100仅设置一个第三冷却腔1103，在另一些实施例中，涡轮叶片上可以设置多个第三冷却腔，且多个第三冷却腔沿弦向方向间隔布置。

在一些实施例中，每个尾缘隔板12上的射流孔1200设有多个。

由此，有利于提高经过射流孔1200的冷却工质的流速，进而有利于提高冷却工质对尾缘102处的冲击冷却效果，有利于进一步提高尾缘102处的冷却效果。

在一些实施例中，相邻两个尾缘隔板12上的多个射流孔1200一一对应。

由此，有利于减小经过射流孔1200的冷却工质的压力损失，进而有利于提高冷却工质对尾缘102处的冲击冷却效果，有利于进一步提高尾缘102处的冷却效果。

在一些实施例中，相邻两个尾缘隔板12上相对应的两个射流孔1200在叶片体1的弦向方向上错开布置。

由此，进而有利于提高冷却工质对尾缘102处的冲击冷却效果，有利于进一步提高尾缘102处的冷却效果。

在一些实施例中，每个射流孔1200倾斜设置，以便相邻两个尾缘隔板12上相对应的两个射流孔1200的中心的连线与两个射流孔1200中的每一者的中心线平行。

由此，从上游的尾缘隔板12的射流孔1200流出的冷却工质在不改变流向的情况下，直接进入下游尾缘隔板12的射流孔1200，有利于减小经过射流孔的冷却工质的压力损失，进而有利于提高冷却工质对尾缘102处的冲击冷却效果，有利于进一步提高尾缘102处的冷却效果。

在一些实施例中，多个尾缘隔板12中的每一者的多个射流孔1200沿叶片体1的厚度方向设有多列。

由此，多个射流孔1200在尾缘隔板12上有序排列，方便尾缘隔板12的设计加工。

如图5和图6所示，涡轮叶片100稳定运行时时，某一时刻涡轮叶片100内的冷却工质200分为三部分，分别为前缘冷却工质部分、中弦冷却工质部分和尾缘冷却工质部分，前缘冷却工质部分用于前缘101处的冷却，中弦冷却工质部分用于中弦108处的冷却，尾缘冷却工质部分用于尾缘102处的冷却。

具体地，前缘冷却工质部分包括进气部分2001、旋流部分2002、第一连通部分20012和气膜部分2003。进气部分2001位于进气腔3内，旋流部分2002位于旋流腔2内，第一连通部分20012位于前缘通道401内，气膜部分2003位于气膜孔1011处。

中弦冷却工质部分包括U形冷却部分2004、蛇形冷却部分2005和第二连通部分20051。U形冷却部分2004位于U形冷却通道601内，蛇形冷却部分2005位于蛇形冷却通道801内，第二连通部分20051位于第二中弦冷却气出口803内。

尾缘冷却工质部分包括第一尾缘冷却部分2006、第二尾缘冷却部分2007、第三尾缘冷却部分2008、第一射流部分2009、第二射流部分2010和劈缝部分2011。第一尾缘冷却部分2006位于第一冷却腔1101内，第二尾缘冷却部分2007位于第二冷却腔1102内，第三尾缘冷却部分2008位于第三冷却腔1103内，第一射流部分2009位于第一射流孔12011内，第二射流部分2010位于第二射流孔12021内，劈缝部分2011位于尾缘劈缝13处。

根据本发明实施例的涡轮叶片100在前缘101处设置进气腔3、旋流腔2和气膜孔1011实现前缘101处的旋流冷却，充分利用了叶片体1的前缘101处的圆弧状型线，在冷却工质进入后可以有效破坏边界层的发展，提升强化传热效果；在中弦108处设置U形冷却通道601和蛇形冷却通道801，U形冷却通道601在强化中弦108处的传热的同时能够将阻力损失控制在合理范围内，而蛇形冷却通道801可以克服旋转科式力的不利影响，增强传热性能；在尾缘102处设置尾缘隔板12以及射流孔1200，对吸力面106和压力面107的尾缘102处进行冲击冷却，可以帮助破环流动边界层的发展并增强流体掺混，同时使得冷却工质覆盖在尾缘102的外表面形成气膜，有效避免了尾缘102与高温主流的直接接触。

上述冷却结构的设置，在保证叶片体1的结构强度的同时，能够取得很好的强化传热及减阻效果。相比于传统冷却结构来说，该涡轮叶片100为高温透平叶片提供了整体的冷却方案，具有结构简单、加工方便、高传热、低流阻等方面的优势。

此外，冷却气进口和冷却气出口均设置在叶底105上，可以设置独立的冷却工质供应和回收系统。

上述前缘冷却工质、中弦冷却工质和尾缘冷却工质的供给量均可以通过相应的冷却气进口和冷却气出口的流量来便捷地调控，以达到综合全面的冷却效果。

根据本发明实施例的燃气轮机包括涡轮叶片100，涡轮叶片100为根据本发明实施例的涡轮叶片100。

由于，根据本发明实施例的涡轮叶片100具有冷却效果好等优点。因此，根据本发明实施例的燃气轮机具有功率高、效率高和运行安全性好等优点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中弦媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中弦媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。