LM公司对玻璃纤维风轮叶片工艺简述
丹麦LM玻纤公司是上屈一指的风力发电机叶片供应商。自1978年以来，该公司共生产和销售了120000枚叶片，相当于37GW的发电能力，每年中寿命全减排7000万t二氧化碳。该公司在欧洲、北美洲和亚洲设有13个工厂，2008年员工总数7217人，营业额8.85亿欧元。它拥有20个性和地区性用户，包括大10家风电机制造商中的8家。
该公司的LM61.5P叶片是迄今上长的风轮叶片，其长度61.5m，质量17700kg，是LM公司与德国风电机制造商REpower系统公司紧密合作研制的。此叶片用于5MW风电机，整个转轮直径126m，质量54600kg，能够发出足够5000户欧洲家庭的用电。
材料技术
LM公司自1952年起就使用玻璃纤维和聚酯树脂制造复合材料，1978年起用它们制造风轮叶片。从早期阶段开始，该公司就注意研究和开发材料，积累了专门技术。玻璃纤维是一种强度高和多功能的材料，该公司注意发挥玻璃纤维的性能，致力提高叶片品质，降低生产成本。现在的研究重点是玻璃纤维的拉伸强度和玻纤织物和毡的结构。
玻璃纤维在控制结构件的强度和刚度方面具有独特的优点。制造叶片时可以改变纤维取向来加强关键部位。例如，可以横向铺覆纤维来保证叶片不致转动太甚。
LM公司在设计和制造61.5P叶片的时候提出了“未来叶片”技术方案，旨在生产更长、更轻和刚度更高的叶片而不需使用碳纤维或增加成本。其中关键技术之一是该公司自己开发的一种软件，用此软件可以分析和集成材料成本、铺层设计、气动外形设计和结构设计。该软件帮助LM公司通过减小其全玻璃纤维叶片设计的复杂度和提出均匀的铺层方案来提高叶片品质，同时减少制备套件和层合的成本。
另外，61.5P叶片原先使用的加热模具也换成了不加热模具，从而节省投入的资金和能源费用。
制造工艺
在叶片制造中，LM公司30多年来一直采用同样的基本理念：两个玻璃经行维壳体附着在两个刚性梁上，并用两个中间腹板和轻质的泡沫塑料或巴萨木夹芯支承。具体作业顺序如下：
(1)准备模具；
(2)在模具内喷涂胶衣树脂，形成叶片的保护表面；
(3)铺覆玻璃纤维(支承层)；
(4)安装衬套；
(5)安装巴萨木/泡沫材料；
(6)在巴萨木和衬套上铺覆玻璃纤维；
(7)在玻璃纤维和巴萨木上铺放真空膜；
(8)灌注树脂；[-page-]
(9)取下真空膜；
(10)安装腹板(腹板为夹层结构)；
(11)安装避雷装置等；
(12)在壳体边缘和腹板上涂胶粘剂；
(13)粘合两壳体；
(14)叶片脱模，进行终加工(切割和打磨)。
LM公司自1997年就采用真空辅助树脂传递成型法(VARTM，一种真空灌注技术)制造叶片。这是一种闭模成型工艺，树脂被负压抽进模具，浸渍已经铺放在模具中的纤维。
LM公司在1997年制出枚用真空灌注法成型的29m叶片。自此以后，该公司持续发展这种技术，以制造更长和更厚的叶片。
真空技术提供了很大的制造灵活性，比预浸料成型技术有更多的材料选择和材料组合。所用的纤维毡也更容易操作，而且比预浸料便宜得多。
VARTM还能更好地控制浸渍和固化过程，而且成型更快。使用聚酯树脂作浸渍材料，不需要昂贵的高级加热室或其它用来加热模具的设备。采用这种技术还容易从一种叶片类型转换到另一种，充分利用工厂的能力。
因为是一种闭模工艺，VARTM还有助于改善工作环境。
计算机模拟：
树脂灌注和固化是决定叶片品质和制造时间的两个关键过程。LM公司通过计算机模拟来保证这些过程能用好的方式完成。另外，铺层中如存在干料和气泡会显著减小叶片的强度和可靠性，因此LM公司采用计算机模型来模拟树脂灌注。该模型提供树脂在模具中蔓延和浸渍辅层的精确影像。由于该模型能显现任何弱区，故能帮助工艺人员优化整个VARTM工艺。在进行树脂灌注时，工艺人员收集工艺数据，用来不断地对工艺过程进行微调。
材料测试
LM公司改进材料性能的大部分工作都是在自己的实验室中进行，通过试验和分析进行系统研究。实验室还负责检查所有进入生产线的材料，以保证所有材料符合要求。
(1)微观检验
细节常常导致大的技术突破，所以LM公司在实验室里检查材料的微观结构。为此，该公司制造了一种特别的试验模型，用它进行一系列的试验，包括在一种特制的拉推试验机上用电液伺服计算机辅助测试系统来测试材料的强度和刚度，然后用显微镜观察试件。任何损伤迹象总是先显现在微观结构中。[-page-]
(2)系统测试
在不同的尺度上测试和研究材料，以利用每种材料的大优点。小尺度从纳米级开始，测试单纤维的结构和表面，以便更深入地了解单纤维如何与树脂相互作用。大尺度的测试则整个叶片的测试，其目的是测试材料组成和材料的综合性能，以研究叶片结构与材料特性的配合。
(3)原材料的品质保证
风轮叶片主要由玻璃纤维、树脂和芯材构成。LM公司从各地的供应商购习这些材料。每批购进的材料，譬如树脂，都要在LM公司的实验室里受到检验。如果不符合规范则退货。所有主要材料的供应商都经过预先认可，并由LM公司不断审核。
“未来叶片”技术
“未来叶片”技术是一项为期4年的研发项目的成果。该项目的目的是优化叶片的设计、材料和成型工艺，以生产多兆瓦的风轮叶片。“未来叶片”技术的主要特点有：
(1)减轻重量
叶片越大，越要关注减轻重量，以减少涡轮机运转时的应力。通过运用“未来叶片”技术，该公司能够设计和制造低重量的叶片。在制造LM61.5P叶片时，通过叶片夹芯结构之芯材和纤维技术的研发，此叶片得以轻重量50%。
(2)改变模具
“未来叶片”技术中包含的重大改变是使用复合材料制作的新式模具。用复合材料代替钢材，使模具更轻，刚度更高，另外，用同种材料制造的叶片和其模具在灌注树脂时对温升的反应相同。
(3)引用自动化技术
LM公司每年制造7000多枚叶片，拥有丰富的经验。对这样的生产规模来说，实施自动化也颇具成本效益。该公司一组专业人员持续对重要的工艺过程进行自动化改造，其结果对降低生产成本、优化材料使用、稳定产品品质、改善工作环境等都产生了积极作用。
叶片制造的所有工序都可实施自动化，但该公司在生产中逐步实施。先实施自动化的工序有树脂灌注、纤维铺放、施胶、根部打磨、模具翻转等。
在模具中铺覆玻璃纤维是一项重要的工作，在“未来叶片”技术中使用机械手铺纤是一重要措施。该公司采用机械手控制的铺纤车，使铺纤速度加快了25%，并且减少了废料和铺料错误。预先将叶片形状编制程序入铺纤车的控制系统，必要时也可由操作工用一操纵杆操纵铺纤车。铺纤车的控制程序可以自动转换不同形式玻璃纤维材料的铺放作业，它们均在张力下铺放，因而不会在辊平时被拉出来。该系统还能报告此工序中可能发生的差错。
在胶接叶片两壳体时也使用机械手施胶和粘合。机械手有极为精确的程序控制，可使各胶接缝获得同样的强度，而且使用更少胶料从而减轻重量。
该公司的LM61.5P叶片是迄今上长的风轮叶片，其长度61.5m，质量17700kg，是LM公司与德国风电机制造商REpower系统公司紧密合作研制的。此叶片用于5MW风电机，整个转轮直径126m，质量54600kg，能够发出足够5000户欧洲家庭的用电。
材料技术
LM公司自1952年起就使用玻璃纤维和聚酯树脂制造复合材料，1978年起用它们制造风轮叶片。从早期阶段开始，该公司就注意研究和开发材料，积累了专门技术。玻璃纤维是一种强度高和多功能的材料，该公司注意发挥玻璃纤维的性能，致力提高叶片品质，降低生产成本。现在的研究重点是玻璃纤维的拉伸强度和玻纤织物和毡的结构。
玻璃纤维在控制结构件的强度和刚度方面具有独特的优点。制造叶片时可以改变纤维取向来加强关键部位。例如，可以横向铺覆纤维来保证叶片不致转动太甚。
LM公司在设计和制造61.5P叶片的时候提出了“未来叶片”技术方案，旨在生产更长、更轻和刚度更高的叶片而不需使用碳纤维或增加成本。其中关键技术之一是该公司自己开发的一种软件，用此软件可以分析和集成材料成本、铺层设计、气动外形设计和结构设计。该软件帮助LM公司通过减小其全玻璃纤维叶片设计的复杂度和提出均匀的铺层方案来提高叶片品质，同时减少制备套件和层合的成本。
另外，61.5P叶片原先使用的加热模具也换成了不加热模具，从而节省投入的资金和能源费用。
制造工艺
在叶片制造中，LM公司30多年来一直采用同样的基本理念：两个玻璃经行维壳体附着在两个刚性梁上，并用两个中间腹板和轻质的泡沫塑料或巴萨木夹芯支承。具体作业顺序如下：
(1)准备模具；
(2)在模具内喷涂胶衣树脂，形成叶片的保护表面；
(3)铺覆玻璃纤维(支承层)；
(4)安装衬套；
(5)安装巴萨木/泡沫材料；
(6)在巴萨木和衬套上铺覆玻璃纤维；
(7)在玻璃纤维和巴萨木上铺放真空膜；
(8)灌注树脂；[-page-]
(9)取下真空膜；
(10)安装腹板(腹板为夹层结构)；
(11)安装避雷装置等；
(12)在壳体边缘和腹板上涂胶粘剂；
(13)粘合两壳体；
(14)叶片脱模，进行终加工(切割和打磨)。
LM公司自1997年就采用真空辅助树脂传递成型法(VARTM，一种真空灌注技术)制造叶片。这是一种闭模成型工艺，树脂被负压抽进模具，浸渍已经铺放在模具中的纤维。
LM公司在1997年制出枚用真空灌注法成型的29m叶片。自此以后，该公司持续发展这种技术，以制造更长和更厚的叶片。
真空技术提供了很大的制造灵活性，比预浸料成型技术有更多的材料选择和材料组合。所用的纤维毡也更容易操作，而且比预浸料便宜得多。
VARTM还能更好地控制浸渍和固化过程，而且成型更快。使用聚酯树脂作浸渍材料，不需要昂贵的高级加热室或其它用来加热模具的设备。采用这种技术还容易从一种叶片类型转换到另一种，充分利用工厂的能力。
因为是一种闭模工艺，VARTM还有助于改善工作环境。
计算机模拟：
树脂灌注和固化是决定叶片品质和制造时间的两个关键过程。LM公司通过计算机模拟来保证这些过程能用好的方式完成。另外，铺层中如存在干料和气泡会显著减小叶片的强度和可靠性，因此LM公司采用计算机模型来模拟树脂灌注。该模型提供树脂在模具中蔓延和浸渍辅层的精确影像。由于该模型能显现任何弱区，故能帮助工艺人员优化整个VARTM工艺。在进行树脂灌注时，工艺人员收集工艺数据，用来不断地对工艺过程进行微调。
材料测试
LM公司改进材料性能的大部分工作都是在自己的实验室中进行，通过试验和分析进行系统研究。实验室还负责检查所有进入生产线的材料，以保证所有材料符合要求。
(1)微观检验
细节常常导致大的技术突破，所以LM公司在实验室里检查材料的微观结构。为此，该公司制造了一种特别的试验模型，用它进行一系列的试验，包括在一种特制的拉推试验机上用电液伺服计算机辅助测试系统来测试材料的强度和刚度，然后用显微镜观察试件。任何损伤迹象总是先显现在微观结构中。[-page-]
(2)系统测试
在不同的尺度上测试和研究材料，以利用每种材料的大优点。小尺度从纳米级开始，测试单纤维的结构和表面，以便更深入地了解单纤维如何与树脂相互作用。大尺度的测试则整个叶片的测试，其目的是测试材料组成和材料的综合性能，以研究叶片结构与材料特性的配合。
(3)原材料的品质保证
风轮叶片主要由玻璃纤维、树脂和芯材构成。LM公司从各地的供应商购习这些材料。每批购进的材料，譬如树脂，都要在LM公司的实验室里受到检验。如果不符合规范则退货。所有主要材料的供应商都经过预先认可，并由LM公司不断审核。
“未来叶片”技术
“未来叶片”技术是一项为期4年的研发项目的成果。该项目的目的是优化叶片的设计、材料和成型工艺，以生产多兆瓦的风轮叶片。“未来叶片”技术的主要特点有：
(1)减轻重量
叶片越大，越要关注减轻重量，以减少涡轮机运转时的应力。通过运用“未来叶片”技术，该公司能够设计和制造低重量的叶片。在制造LM61.5P叶片时，通过叶片夹芯结构之芯材和纤维技术的研发，此叶片得以轻重量50%。
(2)改变模具
“未来叶片”技术中包含的重大改变是使用复合材料制作的新式模具。用复合材料代替钢材，使模具更轻，刚度更高，另外，用同种材料制造的叶片和其模具在灌注树脂时对温升的反应相同。
(3)引用自动化技术
LM公司每年制造7000多枚叶片，拥有丰富的经验。对这样的生产规模来说，实施自动化也颇具成本效益。该公司一组专业人员持续对重要的工艺过程进行自动化改造，其结果对降低生产成本、优化材料使用、稳定产品品质、改善工作环境等都产生了积极作用。
叶片制造的所有工序都可实施自动化，但该公司在生产中逐步实施。先实施自动化的工序有树脂灌注、纤维铺放、施胶、根部打磨、模具翻转等。
在模具中铺覆玻璃纤维是一项重要的工作，在“未来叶片”技术中使用机械手铺纤是一重要措施。该公司采用机械手控制的铺纤车，使铺纤速度加快了25%，并且减少了废料和铺料错误。预先将叶片形状编制程序入铺纤车的控制系统，必要时也可由操作工用一操纵杆操纵铺纤车。铺纤车的控制程序可以自动转换不同形式玻璃纤维材料的铺放作业，它们均在张力下铺放，因而不会在辊平时被拉出来。该系统还能报告此工序中可能发生的差错。
在胶接叶片两壳体时也使用机械手施胶和粘合。机械手有极为精确的程序控制，可使各胶接缝获得同样的强度，而且使用更少胶料从而减轻重量。
