本发明属于水利生态工程领域中的水轮机传动技术，具体涉及一种输出可控的水轮机传动机构。
背景技术
水利发电是利用水势驱动水轮机的转轮叶片转动，进而驱动发电机旋转发电。在水轮机工作过程中，转动的叶片会对鱼类造成伤害，长期工作的过程中，会不断的鱼类造成伤害，现有水力发电装置通常会截断鱼类的上下游通道，对依靠向上洄游完成生命循环的洄游鱼影响很大，且对非洄游鱼也会产生影响。鱼类穿过普通水轮机下行时将遭受严重伤害。国外的一些研究机构的研究表明：鱼类通过普通水轮机的伤亡率约为30%；水轮机的不同设计导致过机鱼的伤亡率在5%至30%的范围内。国外的一些绿色环保组织和渔业者从1980年就开始反对筑坝，要求拆毁一些水电站。近年来，我国人民的环保意识也在不断增强，中国的水电人也己开始关注这一焦点问题。
公开号cn103216374b专利文献提出了一种低比转速的小型混流式水轮机，该专利中有水利性能好和制造成本低的优点，但是没有提到减少对鱼类造成的伤害，鱼类伤害过多会造成生态不平衡和鱼类产品减少。
技术实现要素：
针对目前水利发电领域存在鱼类过坝及鱼类穿过水轮机死亡率较高的问题，提供一种可控输出式水轮机传动机构，以达到降低了鱼类穿过水轮机死亡率，保证了水轮机出力及运行效率。
本发明所采用的技术方案是提供一种可控输出式水轮机传动机构，该机构包括同时与转轮轴和发电机转轴连接的芯轴，芯轴两端通过轴承安装在外架上；在芯轴上通过连接环固定连接有一个环形的内壳体，同时在内壳体外侧套装有外壳体，外壳体与内壳体围成环形内腔，但外壳体与内壳体存在配合间隙；所述外壳体的中部设置有空心轴，空心轴的直径大于所述芯轴直径，空心轴通过内轴承安装在所述芯轴外侧；在环形内腔中的外壳体圆周内壁上均匀分布有外环轴向滑杆，在环形内腔中的内壳体圆周外壁上均匀分布有内环轴向滑杆，在所述外环轴向滑杆上套装有多片外环摩擦片，在内环轴向滑杆上套装有多片内环摩擦片，相邻外环摩擦片之间的外环轴向滑杆上套装有平衡弹簧，相邻内环摩擦片之间的内环轴向滑杆上套装有平衡弹簧，各外环摩擦片和各内环摩擦片交错分布且存在配合间隙；在位于环形内腔中的外壳体内壁上，沿同一圆环均匀分布有多个与轴向平行的推驱机构，各推驱机构包括有伸缩推杆和控制伸缩推杆进退的驱动单位，伸缩推杆被推进后顶压各外环摩擦片和内环摩擦片，同时在环形内腔中的外壳空心轴上固定安装有碟簧，碟簧外缘支撑在伸缩推杆侧面设置的挡台一侧。
所述推驱机构是在环形内腔中的所述外壳体内壁上，沿同一圆环均匀分布有多个与轴向平行的固定槽，每个固定槽内分别安装有液压推杆或气推杆或电推杆。
所述推驱机构是在环形内腔中的所述外壳体内壁上，沿同一圆环均匀分布有多个与轴向平行的磁控单位安装槽，各磁控单位安装槽的槽壁内侧套装有环绕的电磁线圈，各磁控单位安装槽内的电磁线圈依次串联或并列后，电磁线圈与电源控制线连接，磁控单位安装槽的轴心位置套装有条状的强永磁体，在环形内腔中的外壳空心轴上固定安装有碟簧，碟簧外缘支撑在强永磁体侧面设置的挡台一侧，从而保持各强永磁体自然缩进于对应的磁控单位安装槽内；对各电磁线圈通电后形成磁性与强永磁体排斥使强永磁体伸出环形内腔并顶压各外环摩擦片和内环摩擦片。
所述磁控单位安装槽包括中心槽和外环槽，电磁线圈位于外环槽内，强永磁体位于中心槽内并与中心槽光滑套装。
本发明的有益效果：通过控制推驱机构能够改变转轮转速以及停止转轮转动，达到控制转轮叶片对水轮机内仓干扰程度，从而能够为上下游鱼类提供安全通道。通过本发明的水轮机传动机构可以在通鱼期控制上游鱼闸开启和降低或者停止水轮机工作，为实现定时自动控制提供条件。
本发明是通过多片外环摩擦片和内环摩擦片交错配合产生摩擦变速控制，从而，只需对推驱机构进行适当行程控制就能够达到改变所有外环摩擦片和内环摩擦片之间间隙和摩擦力的作用，进而能够在非锁死状态下利用外环摩擦片和内环摩擦片之间的多层可控摩擦改变水轮机转轮的转速。这种控制方式结构简单可靠，使用寿命长，基本实现免维护，成本较低，具有简化整体结构和缩小整体体积的特点。
另外，本发明能够根据水轮机转速自动调整对外输出功率，能够使发电功率维持在相对稳定的范围，不至于有太大的发电输出功率拨动，利用稳压处理。
附图说明
图1是本发明在水利发电过程中使用状态示意图。
图2是图1中可控输出机构的剖面结构示意图。
图3是外壳体的半剖面结构示意图。
图4是内壳体的半剖面结构示意图。
图中标号：1为诱鱼灯，2为鱼闸，3为水闸，4为引水通道，5为水轮机，6为转轮叶片，61为转轮轴，7为可控输出机构，8为发电机，81为发电机转轴。
具体实施方式
实施例1：水域上游通过引水通道4与下游水轮机5发电区域连通，水势进入水轮机5内部驱动转轮叶片6转动，进而驱动发电机8发电。如图1所示，上游水域出水口位置自前向后依次设置鱼闸2和水闸3，并分别通过提升电机控制启闭。从而在关闭鱼闸2而开启水闸3时，水轮机5能够自由发电，或者可控发电。在开启鱼闸2和开启水闸3时，为通鱼期，此时还在上游水域出口位置设置了诱鱼灯1等工具，在下游水域转轮轴61和发电机转轴8之间设置了如图2所示的可控输出式水轮机5传动机构，在下游水域通过该传动机构控制减慢或停止水轮机5转轮的转动速度，达到安全过鱼的目的。
参见图2所示，可控输出式水轮机5传动机构，701为芯轴，702为连接环，703为外壳体，704为内壳体，705为环形内腔，706为外环轴向滑杆，707为内环轴向滑杆，708为外环摩擦片，709为内环摩擦片，710为平衡弹簧，711为磁控单位安装槽，712为强永磁体，713为电磁线圈，714为推头，715为碟簧，716为碟簧卡座，717为电源控制线，718为内轴承，719为端轴承，720为空心轴。
芯轴701同时与转轮轴61和发电机转轴8连接，芯轴701两端通过轴承安装在外架上，外架可以是水轮机5外壳的一部分，或者是连接在下游基础上的固定支架。
参见图4所示，芯轴701作为过渡轴，在其外侧设置有一体的连接环702，且在连接环702外侧固定连接有一个环形的内壳体704。同时，在内壳体704外侧套装有外壳体703。参见图3所示，外壳体703的中部设置有空心轴720，空心轴720的直径大于所述芯轴701直径，空心轴720通过内轴承安装在所述芯轴701外侧。
参见图2所示，外壳体703与内壳体704围成环形内腔705，外壳体703与内壳体704存在配合间隙。从而，外壳体703为固定部件，可以固定在所述外架上，内壳体704为转动部件。
在环形内腔705中的外壳体703圆周内壁上均匀分布有外环轴向滑杆706，在环形内腔705中的内壳体704圆周外壁上均匀分布有内环轴向滑杆707。又在外环轴向滑杆706上套装有多片外环摩擦片708，在内环轴向滑杆707上套装有多片内环摩擦片709。同时，在相邻外环摩擦片708之间的外环轴向滑杆706上套装有平衡弹簧710，相邻内环摩擦片709之间的内环轴向滑杆707上套装有平衡弹簧710，各外环摩擦片708和各内环摩擦片709交错分布且存在配合间隙。正常情况下，各外环摩擦片708和各内环摩擦片709之间不接触。
在本实施例中，位于环形内腔705中的外壳体703内壁上分布有多个与轴向平行的磁控单位安装槽711，各磁控单位安装槽711沿同一圆环均匀分布。在各磁控单位安装槽711的槽壁内侧套装有环绕的电磁线圈713，最好将磁控单位安装槽711包括中心槽和外环槽，电磁线圈713位于外环槽内，强永磁体712位于中心槽内并与中心槽光滑套装。
各磁控单位安装槽711内的电磁线圈713依次串联或并列后，电磁线圈713与电源控制线连接。
磁控单位安装槽711的轴心位置套装有条状的强永磁体712，在环形内腔705中的外壳空心轴720上固定安装有碟簧715，碟簧715外缘支撑在强永磁体712侧面设置的挡台一侧，从而保持各强永磁体712自然缩进于对应的磁控单位安装槽711内。对各电磁线圈713通电后形成磁性与强永磁体712排斥使强永磁体712伸出环形内腔705并顶压各外环摩擦片708和内环摩擦片709。
实施例2：在实施例1基础上，推驱机构有所不同，具体是在环形内腔705中的所述外壳体703内壁上，沿同一圆环均匀分布有多个与轴向平行的固定槽，每个固定槽内分别安装有液压推杆或气推杆或电推杆。