LM公司對玻璃纖維風輪葉片工藝簡述
丹麥LM玻纖公司是上屈一指的風力發電機葉片供應商。自1978年以來，該公司共生產和銷售了120000枚葉片，相當于37GW的發電能力，每年中壽命全減排7000萬t二氧化碳。該公司在歐洲、北美洲和亞洲設有13個工廠，2008年員工總數7217人，營業額8.85億歐元。它擁有20個性和地區性用戶，包括大10家風電機制造商中的8家。
該公司的LM61.5P葉片是迄今上長的風輪葉片，其長度61.5m，質量17700kg，是LM公司與德國風電機制造商REpower系統公司緊密合作研制的。此葉片用于5MW風電機，整個轉輪直徑126m，質量54600kg，能夠發出足夠5000戶歐洲家庭的用電。
材料技術
LM公司自1952年起就使用玻璃纖維和聚酯樹脂制造復合材料，1978年起用它們制造風輪葉片。從早期階段開始，該公司就注意研究和開發材料，積累了專門技術。玻璃纖維是一種強度高和多功能的材料，該公司注意發揮玻璃纖維的性能，致力提高葉片品質，降低生產成本。現在的研究重點是玻璃纖維的拉伸強度和玻纖織物和氈的結構。
玻璃纖維在控制結構件的強度和剛度方面具有獨特的優點。制造葉片時可以改變纖維取向來加強關鍵部位。例如，可以橫向鋪覆纖維來保證葉片不致轉動太甚。
LM公司在設計和制造61.5P葉片的時候提出了“未來葉片”技術方案，旨在生產更長、更輕和剛度更高的葉片而不需使用碳纖維或增加成本。其中關鍵技術之一是該公司自己開發的一種軟件，用此軟件可以分析和集成材料成本、鋪層設計、氣動外形設計和結構設計。該軟件幫助LM公司通過減小其全玻璃纖維葉片設計的復雜度和提出均勻的鋪層方案來提高葉片品質，同時減少制備套件和層合的成本。
另外，61.5P葉片原先使用的加熱模具也換成了不加熱模具，從而節省投入的資金和能源費用。
制造工藝
在葉片制造中，LM公司30多年來一直采用同樣的基本理念：兩個玻璃經行維殼體附著在兩個剛性梁上，并用兩個中間腹板和輕質的泡沫塑料或巴薩木夾芯支承。具體作業順序如下：
(1)準備模具；
(2)在模具內噴涂膠衣樹脂，形成葉片的保護表面；
(3)鋪覆玻璃纖維(支承層)；
(4)安裝襯套；
(5)安裝巴薩木/泡沫材料；
(6)在巴薩木和襯套上鋪覆玻璃纖維；
(7)在玻璃纖維和巴薩木上鋪放真空膜；
(8)灌注樹脂；[-page-]
(9)取下真空膜；
(10)安裝腹板(腹板為夾層結構)；
(11)安裝避雷裝置等；
(12)在殼體邊緣和腹板上涂膠粘劑；
(13)粘合兩殼體；
(14)葉片脫模，進行終加工(切割和打磨)。
LM公司自1997年就采用真空輔助樹脂傳遞成型法(VARTM，一種真空灌注技術)制造葉片。這是一種閉模成型工藝，樹脂被負壓抽進模具，浸漬已經鋪放在模具中的纖維。
LM公司在1997年制出枚用真空灌注法成型的29m葉片。自此以后，該公司持續發展這種技術，以制造更長和更厚的葉片。
真空技術提供了很大的制造靈活性，比預浸料成型技術有更多的材料選擇和材料組合。所用的纖維氈也更容易操作，而且比預浸料便宜得多。
VARTM還能更好地控制浸漬和固化過程，而且成型更快。使用聚酯樹脂作浸漬材料，不需要昂貴的高級加熱室或其它用來加熱模具的設備。采用這種技術還容易從一種葉片類型轉換到另一種，充分利用工廠的能力。
因為是一種閉模工藝，VARTM還有助于改善工作環境。
計算機模擬：
樹脂灌注和固化是決定葉片品質和制造時間的兩個關鍵過程。LM公司通過計算機模擬來保證這些過程能用好的方式完成。另外，鋪層中如存在干料和氣泡會顯著減小葉片的強度和可靠性，因此LM公司采用計算機模型來模擬樹脂灌注。該模型提供樹脂在模具中蔓延和浸漬輔層的精確影像。由于該模型能顯現任何弱區，故能幫助工藝人員優化整個VARTM工藝。在進行樹脂灌注時，工藝人員收集工藝數據，用來不斷地對工藝過程進行微調。
材料測試
LM公司改進材料性能的大部分工作都是在自己的實驗室中進行，通過試驗和分析進行系統研究。實驗室還負責檢查所有進入生產線的材料，以保證所有材料符合要求。
(1)微觀檢驗
細節常常導致大的技術突破，所以LM公司在實驗室里檢查材料的微觀結構。為此，該公司制造了一種特別的試驗模型，用它進行一系列的試驗，包括在一種特制的拉推試驗機上用電液伺服計算機輔助測試系統來測試材料的強度和剛度，然后用顯微鏡觀察試件。任何損傷跡象總是先顯現在微觀結構中。[-page-]
(2)系統測試
在不同的尺度上測試和研究材料，以利用每種材料的大優點。小尺度從納米級開始，測試單纖維的結構和表面，以便更深入地了解單纖維如何與樹脂相互作用。大尺度的測試則整個葉片的測試，其目的是測試材料組成和材料的綜合性能，以研究葉片結構與材料特性的配合。
(3)原材料的品質保證
風輪葉片主要由玻璃纖維、樹脂和芯材構成。LM公司從各地的供應商購習這些材料。每批購進的材料，譬如樹脂，都要在LM公司的實驗室里受到檢驗。如果不符合規范則退貨。所有主要材料的供應商都經過預先認可，并由LM公司不斷審核。
“未來葉片”技術
“未來葉片”技術是一項為期4年的研發項目的成果。該項目的目的是優化葉片的設計、材料和成型工藝，以生產多兆瓦的風輪葉片?！拔磥砣~片”技術的主要特點有：
(1)減輕重量
葉片越大，越要關注減輕重量，以減少渦輪機運轉時的應力。通過運用“未來葉片”技術，該公司能夠設計和制造低重量的葉片。在制造LM61.5P葉片時，通過葉片夾芯結構之芯材和纖維技術的研發，此葉片得以輕重量50%。
(2)改變模具
“未來葉片”技術中包含的重大改變是使用復合材料制作的新式模具。用復合材料代替鋼材，使模具更輕，剛度更高，另外，用同種材料制造的葉片和其模具在灌注樹脂時對溫升的反應相同。
(3)引用自動化技術
LM公司每年制造7000多枚葉片，擁有豐富的經驗。對這樣的生產規模來說，實施自動化也頗具成本效益。該公司一組專業人員持續對重要的工藝過程進行自動化改造，其結果對降低生產成本、優化材料使用、穩定產品品質、改善工作環境等都產生了積極作用。
葉片制造的所有工序都可實施自動化，但該公司在生產中逐步實施。先實施自動化的工序有樹脂灌注、纖維鋪放、施膠、根部打磨、模具翻轉等。
在模具中鋪覆玻璃纖維是一項重要的工作，在“未來葉片”技術中使用機械手鋪纖是一重要措施。該公司采用機械手控制的鋪纖車，使鋪纖速度加快了25%，并且減少了廢料和鋪料錯誤。預先將葉片形狀編制程序入鋪纖車的控制系統，必要時也可由操作工用一操縱桿操縱鋪纖車。鋪纖車的控制程序可以自動轉換不同形式玻璃纖維材料的鋪放作業，它們均在張力下鋪放，因而不會在輥平時被拉出來。該系統還能報告此工序中可能發生的差錯。
在膠接葉片兩殼體時也使用機械手施膠和粘合。機械手有極為精確的程序控制，可使各膠接縫獲得同樣的強度，而且使用更少膠料從而減輕重量。
該公司的LM61.5P葉片是迄今上長的風輪葉片，其長度61.5m，質量17700kg，是LM公司與德國風電機制造商REpower系統公司緊密合作研制的。此葉片用于5MW風電機，整個轉輪直徑126m，質量54600kg，能夠發出足夠5000戶歐洲家庭的用電。
材料技術
LM公司自1952年起就使用玻璃纖維和聚酯樹脂制造復合材料，1978年起用它們制造風輪葉片。從早期階段開始，該公司就注意研究和開發材料，積累了專門技術。玻璃纖維是一種強度高和多功能的材料，該公司注意發揮玻璃纖維的性能，致力提高葉片品質，降低生產成本。現在的研究重點是玻璃纖維的拉伸強度和玻纖織物和氈的結構。
玻璃纖維在控制結構件的強度和剛度方面具有獨特的優點。制造葉片時可以改變纖維取向來加強關鍵部位。例如，可以橫向鋪覆纖維來保證葉片不致轉動太甚。
LM公司在設計和制造61.5P葉片的時候提出了“未來葉片”技術方案，旨在生產更長、更輕和剛度更高的葉片而不需使用碳纖維或增加成本。其中關鍵技術之一是該公司自己開發的一種軟件，用此軟件可以分析和集成材料成本、鋪層設計、氣動外形設計和結構設計。該軟件幫助LM公司通過減小其全玻璃纖維葉片設計的復雜度和提出均勻的鋪層方案來提高葉片品質，同時減少制備套件和層合的成本。
另外，61.5P葉片原先使用的加熱模具也換成了不加熱模具，從而節省投入的資金和能源費用。
制造工藝
在葉片制造中，LM公司30多年來一直采用同樣的基本理念：兩個玻璃經行維殼體附著在兩個剛性梁上，并用兩個中間腹板和輕質的泡沫塑料或巴薩木夾芯支承。具體作業順序如下：
(1)準備模具；
(2)在模具內噴涂膠衣樹脂，形成葉片的保護表面；
(3)鋪覆玻璃纖維(支承層)；
(4)安裝襯套；
(5)安裝巴薩木/泡沫材料；
(6)在巴薩木和襯套上鋪覆玻璃纖維；
(7)在玻璃纖維和巴薩木上鋪放真空膜；
(8)灌注樹脂；[-page-]
(9)取下真空膜；
(10)安裝腹板(腹板為夾層結構)；
(11)安裝避雷裝置等；
(12)在殼體邊緣和腹板上涂膠粘劑；
(13)粘合兩殼體；
(14)葉片脫模，進行終加工(切割和打磨)。
LM公司自1997年就采用真空輔助樹脂傳遞成型法(VARTM，一種真空灌注技術)制造葉片。這是一種閉模成型工藝，樹脂被負壓抽進模具，浸漬已經鋪放在模具中的纖維。
LM公司在1997年制出枚用真空灌注法成型的29m葉片。自此以后，該公司持續發展這種技術，以制造更長和更厚的葉片。
真空技術提供了很大的制造靈活性，比預浸料成型技術有更多的材料選擇和材料組合。所用的纖維氈也更容易操作，而且比預浸料便宜得多。
VARTM還能更好地控制浸漬和固化過程，而且成型更快。使用聚酯樹脂作浸漬材料，不需要昂貴的高級加熱室或其它用來加熱模具的設備。采用這種技術還容易從一種葉片類型轉換到另一種，充分利用工廠的能力。
因為是一種閉模工藝，VARTM還有助于改善工作環境。
計算機模擬：
樹脂灌注和固化是決定葉片品質和制造時間的兩個關鍵過程。LM公司通過計算機模擬來保證這些過程能用好的方式完成。另外，鋪層中如存在干料和氣泡會顯著減小葉片的強度和可靠性，因此LM公司采用計算機模型來模擬樹脂灌注。該模型提供樹脂在模具中蔓延和浸漬輔層的精確影像。由于該模型能顯現任何弱區，故能幫助工藝人員優化整個VARTM工藝。在進行樹脂灌注時，工藝人員收集工藝數據，用來不斷地對工藝過程進行微調。
材料測試
LM公司改進材料性能的大部分工作都是在自己的實驗室中進行，通過試驗和分析進行系統研究。實驗室還負責檢查所有進入生產線的材料，以保證所有材料符合要求。
(1)微觀檢驗
細節常常導致大的技術突破，所以LM公司在實驗室里檢查材料的微觀結構。為此，該公司制造了一種特別的試驗模型，用它進行一系列的試驗，包括在一種特制的拉推試驗機上用電液伺服計算機輔助測試系統來測試材料的強度和剛度，然后用顯微鏡觀察試件。任何損傷跡象總是先顯現在微觀結構中。[-page-]
(2)系統測試
在不同的尺度上測試和研究材料，以利用每種材料的大優點。小尺度從納米級開始，測試單纖維的結構和表面，以便更深入地了解單纖維如何與樹脂相互作用。大尺度的測試則整個葉片的測試，其目的是測試材料組成和材料的綜合性能，以研究葉片結構與材料特性的配合。
(3)原材料的品質保證
風輪葉片主要由玻璃纖維、樹脂和芯材構成。LM公司從各地的供應商購習這些材料。每批購進的材料，譬如樹脂，都要在LM公司的實驗室里受到檢驗。如果不符合規范則退貨。所有主要材料的供應商都經過預先認可，并由LM公司不斷審核。
“未來葉片”技術
“未來葉片”技術是一項為期4年的研發項目的成果。該項目的目的是優化葉片的設計、材料和成型工藝，以生產多兆瓦的風輪葉片?！拔磥砣~片”技術的主要特點有：
(1)減輕重量
葉片越大，越要關注減輕重量，以減少渦輪機運轉時的應力。通過運用“未來葉片”技術，該公司能夠設計和制造低重量的葉片。在制造LM61.5P葉片時，通過葉片夾芯結構之芯材和纖維技術的研發，此葉片得以輕重量50%。
(2)改變模具
“未來葉片”技術中包含的重大改變是使用復合材料制作的新式模具。用復合材料代替鋼材，使模具更輕，剛度更高，另外，用同種材料制造的葉片和其模具在灌注樹脂時對溫升的反應相同。
(3)引用自動化技術
LM公司每年制造7000多枚葉片，擁有豐富的經驗。對這樣的生產規模來說，實施自動化也頗具成本效益。該公司一組專業人員持續對重要的工藝過程進行自動化改造，其結果對降低生產成本、優化材料使用、穩定產品品質、改善工作環境等都產生了積極作用。
葉片制造的所有工序都可實施自動化，但該公司在生產中逐步實施。先實施自動化的工序有樹脂灌注、纖維鋪放、施膠、根部打磨、模具翻轉等。
在模具中鋪覆玻璃纖維是一項重要的工作，在“未來葉片”技術中使用機械手鋪纖是一重要措施。該公司采用機械手控制的鋪纖車，使鋪纖速度加快了25%，并且減少了廢料和鋪料錯誤。預先將葉片形狀編制程序入鋪纖車的控制系統，必要時也可由操作工用一操縱桿操縱鋪纖車。鋪纖車的控制程序可以自動轉換不同形式玻璃纖維材料的鋪放作業，它們均在張力下鋪放，因而不會在輥平時被拉出來。該系統還能報告此工序中可能發生的差錯。
在膠接葉片兩殼體時也使用機械手施膠和粘合。機械手有極為精確的程序控制，可使各膠接縫獲得同樣的強度，而且使用更少膠料從而減輕重量。
