5.1油泵构造
目前用于冷却器中的油泵通常只有两种，一种是用Y型电机以径向力驱动的普通泵；另一种是用盘式电机以轴向力驱动的盘式泵。
油泵结构主要包括泵体、叶轮、电机定转子，泵轴、泵座、轴承座、轴向力平衡措施，轴承密封件、接线盒等附件。
1.泵体
目前国内泵体有两种形式，一种是钢板焊接，另一种是精密铸钢。泵体是完成将变压器油由进油管导入出油管直至变压器内这一功能的流体机械部件，为了减少流体在泵体中的损失，要求泵体过流断面符合水力模型，流道为阿基米德螺旋线蜗壳形，流道无尖角、凹凸等，应光滑过渡，铸钢泵体完全能满足这些要求，而钢板焊接泵很难达到。铸钢材料通常用IG25号碳素钢，而钢板焊接材料通常是A3钢。
2.叶轮
叶轮是油泵的主要部件，是对变压器油循环做功的主要元件。叶轮的形状尺寸是通过水力计算来确定的，它一般由两个圆形盖板以及盖板之间若干片弯曲的叶片和轮毂所组成，叶片固定在轮毂上，轮毂之间有穿轴孔与泵轴相连接，叶轮按吸入口数量可分为单吸式与双吸式两种。单吸式叶轮只能单边吸油，叶轮的前、后盖呈不对称状。
3.泵轴
泵轴的作用是用来传递扭矩、使叶轮旋转。泵轴的常用材料是碳素钢，或45号钢精调质处理。泵轴应有足够的抗扭强度和足够的刚度，所以对泵轴通用要渗热处理。叶轮和轴由轴承相联接，由于这种联接方式只能传递扭矩而不能固定叶轮的轴向位置，故在油泵中还要用轴护套和锁紧螺母来固定叶轮的轴向位置。叶轮采用锁紧螺母与轴护套轴向定位后，为防止锁紧螺母退扣而产生松动，要防止油泵反转，尤其是对于初装油泵或解体检修后的油泵要按规定进行转向检查，确保与规定转向一致。
4.轴承座
轴承座是用来支撑轴的。轴承装于轴承座内作为转动体的支持部分。盘式电机油泵轴承与叶轮组成一体。轴承与轴是紧密配合的，装配前应先将轴承在机油中加热到120℃左右，使轴承受热膨胀后再套在轴上，轴承的拆卸一般要用专用工具。无论是安装还是拆卸轴承，都要注意按规定操作，切忌野蛮作业，以防损坏轴和轴承。
5.轴向力平衡措施
单吸式油泵，由于叶轮缺乏对称性，导致工作时叶轮两侧的作用压力不相等，因此，在油泵叶轮上作用有一个推向吸入口的轴向力ΔF，这种轴向力，特别是作用于多级单吸式油泵，数值相当大，必须采用专门的轴向力平衡装置来解决力的平衡问题。单级单吸油泵，一般采取在叶轮的后盖板上钻平衡孔，并在后盖板上加装减漏环。此环的直径可与前盖板上的减漏环的直径相等。压力水经此减漏环时压力下降，并经平衡孔流回叶轮中去，使叶轮后盖板上的压力与前盖板相接近，因而就消除了轴向推力。此方法的优点是结构简单，容易实行。缺点是叶轮流道中的水流受到平衡孔回流的冲击，使水力条件变差，从而使油泵的效率有所降低。
6.轴承
变压器油泵的可靠性和寿命要求比一般工业用泵类的轴承要求高，主要是希望油泵的寿命与变压器的本机寿命相一致，油泵的可靠性取决于轴承的寿命，因此，要求油泵定期维修检查轴承。国内油泵制造厂几乎都选用日本NKG株式会社或瑞典SFK的推立球轴承。现将推力球轴承作简单介绍。
（一）主要结构形式
1.单向推力球轴承51000型。此类轴承只能承受一个方向的轴向载荷，可以限制轴和外壳一个方向的移动。
2.双向推力球轴承52000型。此类轴承能承受两个方向的轴向载荷，可限制轴和外壳两个方向的轴向移动。
（二）保持架材料
当外径不大于250mm时，一般采用钢板（或带）冲压保持架；当外径大于250mm时，采用实体保持架。
（三）最小轴向载荷
推力球轴承在运转中，如果外加轴向载荷过小，轴承未被压紧，由于惯性力的作用，钢球将会产生滑移而破坏轴承的正常运转。因此，使用时必须对轴承施加一定的轴向载荷。
（四）允许倾斜角
推力球轴承的两个支承面必须平行，不允许有任何偏差。轴中心线与外壳支承面应保证垂直，如不能保证，可采用球面座圈和调心垫圈加以补偿。
（五）轴向当量动载荷
推力球轴承只能承受轴向载荷，其轴向当量动载荷为：Pa＝Fa。
（六）轴向当量静载荷
推力球轴承轴向当量静载荷为：P0a＝Fa。
（七）轴承寿命确定计算
轴承寿命是轴承在疲劳磨损剥落前达到的总转数来表示。尽管让尺寸、结构、热处理、加工方法等相同的同一型号的轴承，在同一条件下运行，其寿命可能不同，因为材料疲劳破坏本身是统计数据，统计本身就有偏差。计算一批每个轴承寿命平均值就叫做平均寿命，取平均寿命作为寿命的基准，不适用于实际轴承的选择。因此，一般使用“额定寿命”。所谓额定寿命就是指一批相同的轴承，在同一条件下各自运行时，其中99%的轴承在疲劳剥落前能够达到或超过总转数，或在一定转速下的工作时间数。变压器油泵的轴承计算与日本帝国电机株式会社计算轴承寿命相同。具体计算方法如下：
Lh＝106/60N（C/Px·fw）3a1·a2·a3（5‐1）
式中 Lh——计算轴承寿命（hr）
N——转速数（rpm）
C——额定动载荷（kg）
Pr——等数径向载荷（kg）
fw——载荷系数
a1——可靠性系数，若可靠性为99%，则其寿命为额定寿命的21%，故a1＝0.21
a2——润滑系数，润滑系数受转速、润滑剂、温度、轴承载荷等影响，故JIS2号变压器油泵系数a2＝0.89
a3——材料系数，材料系数受材料及轴承制造方法的影响，故油泵使用的是真空铸造钢的精密轴承a3＝3
因此，由（5‐1）式得
Lh＝106/60N（C/Px·fw）3×0.21×0.89×3（5‐2）
根据公式（5‐2）计算，国内外油泵轴承可靠性99%时，其寿命均在10年以上。尽管如此，并不是说十年不用检查，而检查还是要定期进行，确认有无异常现象，主要是保证电力设备运行的安全性。
5.2油泵工作原理
油泵的工作原理，与流体力学中离心泵的原理一样，实际上是一种能量的传递和转换过程。它把电动机转动的机械能转化为油流动的动能和势能。在这个转化过程中，必然伴随着许多能量损失，从而影响油泵的效率。这种能量损失越大，油泵的性能就越差，工作效率就越低。在泵启动时，如果泵内存在空气，则由于空气密度远比变压器油的小，则叶轮旋转后空气产生的离心力也小，使叶轮吸入口中心处只能造成很小的真空。变压器油不能进到叶轮中心，影响油流流动，因此泵体上部有一个放气塞。
盘式电机变压器油泵是用盘式电机驱动，电机转子直接连接到泵的叶轮上，而叶轮通过滚动轴承装在固定的轴心上。
叶轮、转子、定子及轴等主要零部件都封闭在壳体内，形成无泄漏泵。当电机定子的旋转磁场驱动电机转子旋转时，与转子同步旋转叶轮，在壳体的涡室内实现输送变压器油的功能。
长期运行的变压器由于铁芯和绕组在变压过程中损耗而产生热量，上层油面温度高，但不能高于95℃。为了控制变压器上层油面的温度界限，打开上、下蝶阀，上层油面高温经过管路流向冷却器，经冷却器冷却后的油进入油泵入口，从油泵出口流出，经过下部管路，进入变压器油箱底部，这种变压器油的强迫循环冷却过程，是通过油泵来实现的。
因为变压器油泵的特定输送介质是变压器油，它是大型变压器内部系统中唯一的旋转机械和动力元件。它的设计、工艺、材料、检测要求都要基于变压器整机的安全及可靠运行。因此，一般变压器油泵均设计成电动机直轴安装单极离心泵，全部罩在一个封闭的壳体内，电动机潜油运行，利用输送的变压器油的一部分自身冷却和润滑轴承的一体化结构。油泵设计时主要应考虑的可靠性包括以下六个方面：
（1）电气绝缘性。对地或匝间短路问题、温升过高不仅会引起泵停运，而且较长时间的局部过热，析出的气体和短路形成的铜或碳的颗粒会进入变压器内部，引起隐患。
（2）清洁度和耐磨腐蚀性能。这里包括零部件的清洗和总装配的清洁度；叶轮和转子材质的选择，（如浙江尔格科技有限公司选用的叶轮材料是VTiCrN高强度耐磨铁，转子是NASA109航空用耐磨铝材），对于油泵本身设计上的气蚀余量，在试验室中就要控制泵的吸上真空气压，严格避免油泵本身的汽化压力形成解析出气体，否则，不仅气蚀损害油泵叶轮材料本身，而且危及变压器油系统。
（3）运行稳定性。在设计、试验和工艺手段上控制泵轴，加强叶轮、转子的静、动平衡调试，对于提高油泵轴承及整机的运行寿命是至关重要的。
（4）密封性。油泵必须按照压力容器的标准设计，进行密封结构、焊接结构等方面的试验。泵体应经0.5MPa历时6小时无渗漏。
（5）运行特性。首先是启动性能，变压器油泵的起动力矩必须能满足变压器在低温高粘度油品的特定气候环境工况下能快速启动，启动电流不能对网路和控制系统造成冲击和损害；满载电流应尽量小，体现长期节能运行。电动机的最大和最小力距应能具备足够的裕度，以适应油泵各种工况正常运行。
（6）寿命长。油泵的寿命取决于轴承，而轴承寿命在相同材质和使用条件下取决于电动机的转速。设计时应通过降低转速来提高轴承使用寿命。国内油泵于20世纪70年代前油泵电动机同步转速为3000rpm，进入80年代已被同步转速油泵1500rpm所代替。90年代末国家电网公司为了确保大型变压器运行可靠，于2001年9月提出25项《大型主变安全运行措施》。明确规定凡使用大型变压器冷却器的油泵同步转速不能高于1000rpm，即6极电机动驱动。按此计算轴承寿命。至于比1500rpm提高1/3。2005年浙江尔格设计生产的全密封油泵转速为720rpm（选用8级电机），目前为国内转速最低油泵，于同年6月通过省科技厅鉴定，各项性能指标均处国际先进水平。
5.3油泵性能指标
一、油泵的性能
油泵的基本参数通常用流量、扬程、功率、转速、启动电流和启动时间来表示。
1.流量
变压器油泵的流量是指单位时间内经由泵输送的流体体积，即指的是体积流量，用符号Q表示，单位为m3/h或ml/min。
2.扬程
油泵的扬程即压头，指的是单位质量的流体通过泵之后所获得的有效能量，也就是泵所输送的单位质量流体从泵进口到出口的能量增值。泵的扬程用符号H表示，单位为mH2O国际单位用Pa或Par（1mH2O＝9806.65Pa）。
油泵基本方程式揭示了决定油泵本身扬程的一些内在因素。这对于油泵的设计、选型以及深入分析各个因素对泵性能的影响是很有用处的。因为泵在冷却器中强油循环主要是克服高度及接管，弯管处等阻力，因而设计油泵工艺时先算出从变压器顶部入油口经过冷却器至油泵出油，各部位所克服的阻力即比能。根据泵扬程定义，如果设油流入油泵时所具有的比能（单位质量的水所具有的能量）为E1，流出油泵时所具有的比能为E2，则油泵的扬程：H＝E2－E1。
只要把正在运行中的油泵装置的真空表和压力表读数（按mH2O计）相加，就可得出该油泵的工作扬程。
能量方程式，油泵扬程也可以用管道中油头损失及扬程液体高度来计算。
油泵的杨程用于两个方面：一是油由吸油顶层克服阻力流动（即静扬程Hst）；二是克服管路中的油压头损失。该方程式说明了如何根据外界条件来计算油泵应该具有的扬程。
这里所介绍的求油泵扬程的公式，对于其他各种布置形式的油泵装置也同样适用。
3.功率
功率有输入功率与输出功率之分。泵的功率通常指的是输入功率，所谓输入功率即由原动机（如电动机等）传到泵轴上的功率，表示单位时间内流体从泵中所得到的实际能量，它等于重量流量与扬程的乘积。有效功率用pe表示：
pe＝rQH＝Qp（5‐11）
式中 r——被输送流体的容重（r＝ρg）（N/m3）。
pe——有效功率（kW）。
4.效率
油泵的效率用来表示输入的轴功率P被流体利用的程度，即用有效功率pe与轴功率P之比来表示效率。效率用符号η表示：
η＝pe/P（5‐12）
η是评价油泵的性能好坏的一项重要指标。η越大，说明泵的能量利用率越高，效率越高，η值通常由实验后得出数据计算确定。
5.转速
转速是指泵的叶轮每分钟的转数，用符号n表示，常用的单位是r/min或rpm。
6.气蚀余量Hsv
气蚀余量Hsv是指油泵进口处，单位重量液体所具有超过饱和蒸汽压力的富裕能量。
一般常用Hsv来反映泵的吸油性能。Hsv的单位为mH2O，气蚀余量在油泵样本中也有用Δh或NPSH（Net Positive Suction Head）来表示的。
Ηs值与Hsv至二者是从不同的角度来反映油泵吸油性能好坏的参数。
