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丹麥LM玻纖公司是上屈一指的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片供應(yīng)商。自1978年以來，該公司共生產(chǎn)和銷售了120000枚葉片，相當(dāng)于37GW的發(fā)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(shè)有13個工廠，2008年員工總數(shù)7217人，營業(yè)額8.85億歐元。它擁有20個性和地區(qū)性用戶，包括大10家風(fēng)電機(jī)制造商中的8家。
該公司的LM61.5P葉片是迄今上長的風(fēng)輪葉片，其長度61.5m，質(zhì)量17700kg，是LM公司與德國風(fēng)電機(jī)制造商REpower系統(tǒng)公司緊密合作研制的。此葉片用于5MW風(fēng)電機(jī)，整個轉(zhuǎn)輪直徑126m，質(zhì)量54600kg，能夠發(fā)出足夠5000戶歐洲家庭的用電。
材料技術(shù)
LM公司自1952年起就使用玻璃纖維和聚酯樹脂制造復(fù)合材料，1978年起用它們制造風(fēng)輪葉片。從早期階段開始，該公司就注意研究和開發(fā)材料，積累了專門技術(shù)。玻璃纖維是一種強(qiáng)度高和多功能的材料，該公司注意發(fā)揮玻璃纖維的性能，致力提高葉片品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本。現(xiàn)在的研究重點(diǎn)是玻璃纖維的拉伸強(qiáng)度和玻纖織物和氈的結(jié)構(gòu)。
玻璃纖維在控制結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。制造葉片時可以改變纖維取向來加強(qiáng)關(guān)鍵部位。例如，可以橫向鋪覆纖維來保證葉片不致轉(zhuǎn)動太甚。
LM公司在設(shè)計和制造61.5P葉片的時候提出了“未來葉片”技術(shù)方案，旨在生產(chǎn)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(guān)鍵技術(shù)之一是該公司自己開發(fā)的一種軟件，用此軟件可以分析和集成材料成本、鋪層設(shè)計、氣動外形設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計。該軟件幫助LM公司通過減小其全玻璃纖維葉片設(shè)計的復(fù)雜度和提出均勻的鋪層方案來提高葉片品質(zhì)，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(jié)省投入的資金和能源費(fèi)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(jīng)行維殼體附著在兩個剛性梁上，并用兩個中間腹板和輕質(zhì)的泡沫塑料或巴薩木夾芯支承。具體作業(yè)順序如下：
(1)準(zhǔn)備模具；
(2)在模具內(nèi)噴涂膠衣樹脂，形成葉片的保護(hù)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(jié)構(gòu))；
(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(jìn)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(shù))制造葉片。這是一種閉模成型工藝，樹脂被負(fù)壓抽進(jìn)模具，浸漬已經(jīng)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(xù)發(fā)展這種技術(shù)，以制造更長和更厚的葉片。
真空技術(shù)提供了很大的制造靈活性，比預(yù)浸料成型技術(shù)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(yù)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(shè)備。采用這種技術(shù)還容易從一種葉片類型轉(zhuǎn)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(huán)境。
計算機(jī)模擬：
樹脂灌注和固化是決定葉片品質(zhì)和制造時間的兩個關(guān)鍵過程。LM公司通過計算機(jī)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(qiáng)度和可靠性，因此LM公司采用計算機(jī)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(xiàn)任何弱區(qū)，故能幫助工藝人員優(yōu)化整個VARTM工藝。在進(jìn)行樹脂灌注時，工藝人員收集工藝數(shù)據(jù)，用來不斷地對工藝過程進(jìn)行微調(diào)。
材料測試
LM公司改進(jìn)材料性能的大部分工作都是在自己的實驗室中進(jìn)行，通過試驗和分析進(jìn)行系統(tǒng)研究。實驗室還負(fù)責(zé)檢查所有進(jìn)入生產(chǎn)線的材料，以保證所有材料符合要求。
(1)微觀檢驗
細(xì)節(jié)常常導(dǎo)致大的技術(shù)突破，所以LM公司在實驗室里檢查材料的微觀結(jié)構(gòu)。為此，該公司制造了一種特別的試驗?zāi)Ｐ停盟M(jìn)行一系列的試驗，包括在一種特制的拉推試驗機(jī)上用電液伺服計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)來測試材料的強(qiáng)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(xiàn)在微觀結(jié)構(gòu)中。[-page-]
(2)系統(tǒng)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(yōu)點(diǎn)。小尺度從納米級開始，測試單纖維的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與材料特性的配合。
(3)原材料的品質(zhì)保證
風(fēng)輪葉片主要由玻璃纖維、樹脂和芯材構(gòu)成。LM公司從各地的供應(yīng)商購習(xí)這些材料。每批購進(jìn)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(guī)范則退貨。所有主要材料的供應(yīng)商都經(jīng)過預(yù)先認(rèn)可，并由LM公司不斷審核。
“未來葉片”技術(shù)
“未來葉片”技術(shù)是一項為期4年的研發(fā)項目的成果。該項目的目的是優(yōu)化葉片的設(shè)計、材料和成型工藝，以生產(chǎn)多兆瓦的風(fēng)輪葉片。“未來葉片”技術(shù)的主要特點(diǎn)有：
(1)減輕重量
葉片越大，越要關(guān)注減輕重量，以減少渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時的應(yīng)力。通過運(yùn)用“未來葉片”技術(shù)，該公司能夠設(shè)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(jié)構(gòu)之芯材和纖維技術(shù)的研發(fā)，此葉片得以輕重量50%。
(2)改變模具
“未來葉片”技術(shù)中包含的重大改變是使用復(fù)合材料制作的新式模具。用復(fù)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(yīng)相同。
(3)引用自動化技術(shù)
LM公司每年制造7000多枚葉片，擁有豐富的經(jīng)驗。對這樣的生產(chǎn)規(guī)模來說，實施自動化也頗具成本效益。該公司一組專業(yè)人員持續(xù)對重要的工藝過程進(jìn)行自動化改造，其結(jié)果對降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化材料使用、穩(wěn)定產(chǎn)品品質(zhì)、改善工作環(huán)境等都產(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)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(shù)中使用機(jī)械手鋪纖是一重要措施。該公司采用機(jī)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(yù)先將葉片形狀編制程序入鋪纖車的控制系統(tǒng)，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(zhuǎn)換不同形式玻璃纖維材料的鋪放作業(yè)，它們均在張力下鋪放，因而不會在輥平時被拉出來。該系統(tǒng)還能報告此工序中可能發(fā)生的差錯。
在膠接葉片兩殼體時也使用機(jī)械手施膠和粘合。機(jī)械手有極為精確的程序控制，可使各膠接縫獲得同樣的強(qiáng)度，而且使用更少膠料從而減輕重量。
