1. 研究目的与意义（文献综述）

随着当今社会的迅速发展，地下施工的工程量日益增多，传统挖掘技术的效率低，安全问题和安全隐患多，而真空挖掘技术可以减少人机的接触，其高效性和安全性得到证实，真空挖掘技术也开始了广泛应用[1]。真空挖掘技术采用抽吸的方式进行挖掘，以高压气或者高压水作为介质来破碎坚硬的土层，通过抽吸过程将混合物从地下转入接收坑[2]。真空挖掘技术不仅可用于挖掘工作，也可用于管道清理、污染治理以及各种市政工作等等，已经广泛应用，在目前取得了很大的使用价值[3]。

在真空挖掘技术中，最大的好处就是施工过程没有机械设备去接触地下管线，并且土层直接被吸入接收坑或是封闭罐体，使得灰尘少。使用压缩空气进行挖掘时，挖出的是干燥的土，可以用来回填[4]。早在19世纪五十年代第一台压缩空气抽吸机便产生了，不过当时只用于特殊施工，并未形成产线化。到了1988年，在香港翻新地铁隧道工程中，disab公司[5]第一次使用了真空挖掘技术ab挖掘机——railvac,用来抽走地下水和废渣。在此之后，瑞典铁路的承包商买入了一台真空挖掘设备，操作者用操纵杆来控制的这种抽吸设备，用空气流和真空泵很快的把土质上层部分疏松后抽走。这样人工移动重的软管钻入地下，用15000-18000立方米每小时的空气和800mbar的真空泵有效抽走地下物质[6]。

挖掘系统在工作过程中通过叶轮的高速旋转提升气体的压力，并使气体在流道内流动，因此叶轮的性能对挖掘系统至关重要，有研究数据表明，叶轮的工作性能主要和材料、结构、安装等方面有关[7]。特别是在目前叶轮的材料选取普遍是采用钢制或者铝制的金属材料，这些金属离心叶轮质量大、易腐蚀，在高速旋转下材料容易被破坏，并且降低了叶轮转速，影响燃料的使用效率[8]。而碳纤维复合材料则是一种现在很先进的非金属材料，具有轻质高强、可设计性强、疲劳性能好、耐腐蚀、免维护等诸多优点，相比于传统金属材料，有明显的优势，也是设计离心叶轮的理想材料[9]。最普通的碳纤维材料抗拉强度也是钢材的五倍左右，但比重只有普通钢材的五分之一，碳纤维的模量也是普通钢材的两倍以上，其热膨胀系数很小，变形小。因此，选用碳纤维复合材料能大大提高高速离心叶轮的工作寿命，以及提高燃料的使用效率。在我国，碳纤维可谓是高科技产品的重中之重，运载火箭、蛟龙号等等都离不开碳纤维的使用，在碳纤维的产业化制造中，外国对我国是严密封锁，我国碳纤维的产业化道路也是十分艰难。在最近十年来，我国独立自主完成了对碳纤维制造的产业化，重点企业已经完成了t800的量产和干喷湿纺技术的突破，也使得我国在碳纤维材料上不用受制于人。在碳纤维生产方面，我国取得了t300、t700、t800的技术和装备自主化，实现了产业化，更高级别的t1000、m40等也正重点开发，但是在国际上，目前为止全球碳纤维产能最高的仍是日本，达到了6.8万吨，排名第二的我国仅有2.4万吨，因此，在碳纤维的开发和制造上，我国仍然需要经历漫长的时间努力。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

1. 调研收集分析有关资料，了解高速离心叶轮工作原理。

2. 确定高速离心叶轮关键参数和结构设计方案，并完成碳纤维复合材料铺层设计。

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   3. 研究计划与安排

   第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需知识。完成开题报告和五千字外文翻译。

   第4-5周：确定高速离心叶轮结构设计方案并完成高速离心叶轮三维建模。

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   4. 参考文献（12篇以上）

   [1] 黄向阳,闫柄雷.一种挖掘抽吸车[p].福建：cn103821194a,2014-05-28

   [2] 黄向阳,闫柄雷.一种挖掘抽吸车[p].福建：cn203768966u,2014-08-13

   [3] 李小平,editors. 真空挖掘系统. 2004非开挖技术会议暨第八届中国国际非开挖技术研讨会; 2004; 中国北京.

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