3.1冷却器本体
冷却器本体：主要分板翅式和翅片管式两大类。
一、板翅式冷却器
板翅式冷却器常用的材料有铝、铜、钢、镍、钛等，电力行业目前用的有铝和钢两种。
1.铝板板翅式冷却器
板翅式换热器于20世纪30年代起源于英国。日本住友精密工业（株）于1964年开始供应三菱（株），1968年开始供应东芝（株），1969年开始供应日立（株）铝板制造板翅式风冷却器。在我国凤凰山电站，1980年进口日本日立（株）的500kV变压器就是使用铝板板翅式风冷却器。保定变压器厂（现为天威保变电气股份有限公司）于1983年生产的CYF‐300铝板翅式风冷却器，用于大同二电厂和内蒙古元宝山电厂的500kV变压器上。
CYF‐300风冷却器的本体有两层空气通道，一层是油通道的形 式进行排列和叠积钎焊成整体，另一层是空气通道按交叉流形式排列，即油流方向与空气方向垂直，每一个通道均由LF21‐M防锈铝冲压成的波纹导热翅片，LT3‐Y2特殊铝制成的上、下隔板和LF21‐R防锈铝制成的边缘封条密封组成，油通道采用锯齿形翅片，它的特点是翅片间隔一定距离，屡次被切断，并使之流道突出，对促进油的湍流和破坏热阻边界层十分有效，所以被称为“高效能翅片”，空气通道采用平直翅片作为扩大传热面积，使流道不易堵塞，对于促进湍流作用是很小的，冷却器本体国内目前有杭州制氧机厂，开封空分设备厂等厂家生产。
2.钢板翅式冷却器
瑞士ABB公司生产的变压器采用VVAH型钢板板翅式冷却器，该冷却器原由瑞典ASEA公司（ABB公司的前身）生产，现改由专业厂生产。70年代北京重型机械厂进口瑞典ASEA公司的8000kVA电炉变压器就是使用VVAH型钢板板翅式冷却器，国内至目前没有厂家生产。
VVAH型钢板板翅式冷却器的油道是由压成曲折形的钢板组以焊接成形，空气通道是由平板和波纹板制成，这些板安置在油道间，油道的进口和出口均焊至相应的集油盒上，空气通道和油道按交叉形式排列，冷却器整体用热浸镀锌处理。
二、翅片管式冷却器
翅片管式冷却器：主要由管束、集油盒、支架等组成。
管束：主要由翅片管与管板组成。翅片管是为了提高冷却效果，一般采用增加管外传热面积，强化管内换热或同时采用增加管外传热面积和强化管内换热。增加管外传热面积，变压器用风冷却器的气侧放热系数比油侧的要小得多，需在冷却管外侧装置翅片，以加大传热面积，目前世界上约有15种翅片管，变压器行业使用的有以下几种：
1.皱折型翅片管
在缠绕时先将钢翅片根部压制成皱折状，再螺旋形地缠绕到钢管上制成的，在绕片过程中不断给予钢带沿径向递增的张力，以便缠绕紧固，绕片后再经过热浸镀锌处理。原保定变压器厂和沈阳变压器厂在上世纪60、70年代生产的YF-80、100、120风冷却器都采用这种翅片管，由于皱折型翅片管气侧压降大，放热系数小，且经常出现倒片、缺片、冷却容量不能保证，现已淘汰。
2.铝轧翅片管
用专用轧片机在铝管上轧制出翅片。铝轧翅管的洁净管和使用数月后的传热系数最高。由于变压器用冷却器的油侧工作压力一般都小于100kPa，故适用于变压器行业使用，加拿大UNIFIN公司，法国ALSTHOM公司生产的变压器用冷却器都使用铝轧翅片管，国内西安变压器厂，临潼电力机械厂等也使用铝轧翅片管。沈阳变压器厂、保定变压器厂、西安变压器厂于1990年联合引进加拿大UNIFIN公司铝轧翅片管冷却器的技术。21世纪来，浙江尔格公司曾设计了一套YFZL‐315冷却器，目前还没有生产。
3.钢铝复合翅片管
将铝管套在钢管上，保定变压器厂和沈阳变压器厂过去一直采用皱折型翅片管与管板焊接的工艺，淘汰皱折型翅片管后为了不改变焊接工艺，故采用钢铝复合翅片管，其缺点是接触热阻和管壁热阻比铝轧翅片管大，且翅片管两端各有30mm左右的光管，不能作防腐处理，容易腐蚀而造成渗漏。
4.整体套片管
冷却管为钢管，翅片为薄钢板，将翅片冲成若干孔（孔数为冷却管数），把冲好孔的翅片叠成所需要的高度，将冷却管穿入叠好的翅片中，冷却管与管板用焊接固定，两端焊上集油盒，最后进行整体热浸镀锌以提高传热效果和耐腐蚀性能。日本多田电机（株）生产的NEFP型冷却器就是这种结构，保定变压器厂与沈阳变压器厂于20世纪80年代中期分别吸收消化过日本多田电机（株）的整体套片管冷却器，因工艺、材料等原因，冷却容量只达到设计容量的83%左右而没有正式生产。
5.椭圆翅片管
采用椭圆形钢管套以矩形钢翅片，再经表面热浸镀锌处理，德国GEA公司生产的冷却器就是使用这种翅片管。椭圆翅片管的基管外表面积较相同截面积的圆管多15%左右，且截面形状更适合于空气流向，所以与空气的接触面积更多，它的管外放热系数可提高25%，它的空气阻力约可降低15%～25%。1985年鞍山冷却器厂、清华大学与保定变压器厂联合设计的YF‐300风冷却器采用的是椭圆形铜管（该椭圆翅片管，就是一端的半径比椭圆管大，一端的半径比椭圆管小），后来因铜管价格过高，未能大量使用。
6.开槽型翅片管
该类翅片管是在绕片式翅片管的翅片顶端切成沟槽，槽深约为片高的1/3，每片有16～24个槽，槽侧两边翅片方向与相反方向倾斜从而产生纹流。开槽型翅片管因为增加了气流的扰动，可提高传热系数约20%，山西大同二电厂进口前苏联扎不罗斯的变压器，该变压器用的风冷却器就是采用开槽型翅片管，国内变压器行业目前还没有厂家生产开槽型翅片管。
三、管内强化换热
管内强化换热通常有以下三种方法。
1.内肋管
近年，新的制造技术已经有可能生产许多种整体型内肋管。肋管可以是直肋或螺旋肋。这种类型的表面由于传热面积的增大，以及在螺旋肋中产生涡流运动，因而使换热得到强化。在油泵的功率不变条件下，内肋管的放热系数为光滑管的110%～190%。T.C.卡纳沃斯实验了17种内肋管，其中5种是直肋，12种是螺旋肋，为了进行比较，对光管也做了实验。
2.管内插入物
（1）管内加麻花片。
（2）管内加螺旋线。
（3）静态混合器：1970年美国凯尼克斯（Kenics）公司首先研制出一种静态混合器。
这些混合器是由若干个短的具有右手和左手螺旋形元件所组成。每个元件的后缘与后一个元件的前缘互成90°接触，一个标准元件的长度大约为其直径的1.5倍。这些元件一个接一个插入管子内。
3.内肋管加螺旋线
日本多田电机（株）生产的NEFP型风冷却器就是这种结构。沈阳变压器厂20世纪90年代生产的钢铝复合轧片管也是这种结构，西安变压器厂生产的铝内肋管加螺旋线的铝轧翅片管，用于冷却器上。
四、管束基本参数
管束基本参数的选择有以下三种。
1.翅片管的排列方式
一般管束有顺排和叉排两种，实验表明，叉排的空气放热系数要比顺排好，故设计宜尽量采用叉排管束。为了取得最佳传热性能，所有管束都采用等边三角形排列方式。
2.管排数
管排数的选择取决于对冷却器制造费用和运行费用的综合考虑。管排数增加则换热面积增加，但当管束换热面积一定时，制造费用随着管排数的增加而降低，但是，管排数增加时，管束的空气阻力增加，风机功率损耗增加，最后导致冷却器运行费用的增加，而噪音也增加，因此在设计中要对管排数进行合理选择，变压器用冷却器一般选用4～6排为宜。
3.管程数
管程数的选择取决于管内变压器油的流速和阻力降，若选择的管程数较长，管内流速和放热系数增加，但管内阻力降也随之增加，油泵的扬程和功率增加，反之，若选择的管程数较短，管内放热系数和阻力降随之减少，油泵的扬程和功率减小。20世纪60～70年代生产的YF‐80、100冷却器为5回程，油泵扬程为19m，流量为20m3/h；YF‐120冷却器为3回程，油泵扬程为16m，流量为40m3/h；80年代设计的风冷却器均为单回程，其扬程均为10m以下，流量为60m3/h以上；90年代后，电力部门要求大流量，低扬程，降低转速，提高油泵使用寿命，扬程通常为5m左右，流量在80m3/h以上。单回程的油流速减小，相应的放热系数降低，为了提高放热系数，在翅片管内加螺旋线，或采用内肋管加螺旋线。由于降低了油泵的扬程和功率，冷却器的运行费用降低，单回程冷却器结构简单便于制造，安装油流继电器位置的前后都有一段直管段，以保证油流继电器的正确动作，所以目前变压器行业生产的冷却器都采用单回程。
五、翅片管与管板的连接方式
翅片管与管板的连接方式：一般有焊接和胀接两种。
1.焊接
钢管和钢管板国内外都采用焊接方式，国外都用自动焊，国内用手工焊，手工焊质量和外观都不如自动焊。
2.胀接
铝管和钢管板都采用胀接，由于铝管强度较差，国内外的冷却器均在翅片管端口加一薄钢衬管，使铝管夹在钢管板和钢衬管之间进行胀接，增加胀接处的抗拉强度。国内变压器行业为了增强抗拉强度和避免胀接处发生渗漏又在管板上加工两个沟槽，其实JB1147‐80规定“设计压力≤6kg/cm2时，管板内可不开槽”，变压器冷却器的设计压力均在1kg/cm2以下，可以不用开槽，钢衬管和管板上的沟槽。
当温度变化时，由于铝翅片管和冷却器上侧板的膨胀系数不同，通常在设计结构上采用热冷补偿装置来消除热应力，避免胀接处产生渗漏油。
六、集油盒支架
1.集油盒
集油盒是由钢板焊接而成，分顶出式和侧出式两种。顶出式是将连接法兰焊至集油盒顶部，可直接接至变压器油箱顶部，冷却器的高度可比侧出式的高一些；侧出式的法兰焊至集油盒侧面，接至变压器油箱的侧面。为了冷却器的注油和放油，在冷却器的上集油盒上应焊有注油塞，在冷却器的下集油盒上应焊有放油塞，若冷却器为多回程，则在每个回程中需焊有注油塞和放油塞，其数量和回程数相等。
2.支架
支架用来将冷却器安装在变压器上，一般是焊在冷却器底部或中部，其具体位置由变压器设计者确定，为了便于生产，一般在冷却器的的底部及中部均焊有支架。
3.2冷却器结构原理
一、风冷却器结构形式
根据风冷却器油流路径来分，国内外主要有两种结构形式。一种是多回路结构。它在20世纪50年代起就采用了，国内一直应用到20世纪80年代末。由于它的散热冷却主要依靠增加热油在冷却管内流程长度来达到预计冷却效果，所以必须由油泵把变压器顶层的高温油送入冷却管束内反复循环几次形成多回路结构。
采用多回路结构的缺点是油泵扬程高，消耗功率大，风机阻力大，造成噪声也大，并且冷却器管子数多，造成成本高和渗漏油概率大。
在20世纪90年代初期以来，国内已逐渐用单回路代替多回路结构。这种结构是在冷却器的每根冷管子内加放一根扰流丝来搅拌在冷却管内的热油。在扰流丝的搅拌作用下，由于热油在管内的位置不断改变，加速了散发冷却效果，提高了管子冷却性能，从而可减少冷却器中的回路数和管子数。以冷却器容量为120kW风冷却器为例，单回路结构的风冷却器管子数是三回路结构管子数的65%～75%。
设计风冷却器的主要技术性能参数之一是扰流丝，它对强化传热作用非常明显。据实验证明，当油流速为1m/s时，一般管内导热系数可提高2～5倍。扰流丝材质采用合金钢或碳素钢，直径在1.5～3mm之间，节距控制在p/c≈18～20（式中p为扰流丝螺距，mm；c为扰流丝直径，mm）。
