CC BY
41
УДК 631.22.001.76+691
ПРИМЕНЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ И ПРОЕКТИРОВАНИИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ
И КОМПЛЕКСОВ
М.Н. Ерохин, академик РАН А.А. Хаванская, аспирант МГАУ им. В.П. Горячкина E-mail: alinahv@maik.ru
Рассмотрены вопросы применения изделий из композиционных материалов в животноводческих фермах и комплексах в России. Показаны конкретные примеры, иллюстрирующие возможность практического применения композиционных материалов при модернизации и проектировании животноводческих ферм и комплексов. Сформулированы причины, препятствующие внедрению изделий из композиционных материалов в российском животноводстве. Ключевые слова: животноводческие комплексы, модернизация, композиционные материалы, инфраструктура, оборудование.
В принятой два года назад «Государственной программе развития сельского хозяйства на 2013-2020 годы» как ее основные подпрограммы определены следующие направления: развитие подотрасли животноводства, развитие мясного скотоводства, техническая и технологическая модернизация предприятий АПК. В число ключевых вопросов, способствующих решению поставленных задач по развитию животноводства, входят: структурно-технологическая модернизация животноводческих комплексов; освоение новых технологий выращивания и содержания поголовья крупного рогатого скота и свиней; строительство, реконструкция и комплектация крупных хозяйств, а также фермерских и семейных хозяйств.
Однако, как показывает анализ публикаций, связанных с проблемой модернизации в животноводческих хозяйствах на протяже-
нии последних двух лет, основное внимание уделяется вопросам улучшения кормовой базы, племенного отбора животных, внедрения автоматизации процессов производства и переработки мясомолочной продукции. Безусловно, это весьма важные аспекты проблемы ускоренного развития животноводства, тем не менее, никак нельзя упускать из виду и другую сторону проблемы модернизации, а именно, эффективность применения новых материалов в технологическом оборудовании, в производственных и вспомогательных сооружениях и в инфраструктуре животноводческих ферм и комплексов.
Использование традиционных материалов - оцинкованной и неоцинкованной стали, бетона и железобетона, всевозможных лакокрасочных покрытий - сопряжено с существенными материальными затратами на ремонт и замену на протяжении более 3-5 лет, с ухудшением условий содержания животных и с ухудшением санитарно-эпидемиологических и экологических условий как внутри помещений, так и за периметром ферм и комплексов. В итоге снижается продуктивность животных, существенно возрастают производственные затраты на содержание помещений и оборудования, на выполнение санитарных и экологических требований. И если посмотреть на многочисленные предложения от весьма солидных организаций на проектирование и строительство декларируемых современных животноводческих ферм и комплексов, то в подавляющем большинстве предложений они не содержат
применение новых материалов. В существующих методических и инструктивных документах по реконструкции и переоснащению животноводческих ферм и комплексов также нет информации о новых материалах.
Ясно, что в этих условиях не приходится говорить об успешном решении проблемы модернизации российского животноводческого комплекса.
Какие же это новые материалы, способные противостоять химически агрессивной среде животноводческих хозяйств, обладающие высокими эксплуатационными характеристиками, экологически безопасные и удобные при строительстве и реконструкции? Ответ известен - это композиционные материалы, успешно применяемые почти во всех сферах экономики: от авиации и космоса до производства повседневных бытовых предметов. Только масштабы применения этих материалов разительно различаются в России и в развитых странах.
Сегодня США потребляют 35% мирового производства композитов, Европа - 22%, Азия - 43%, а российский рынок в составе стран БРИКС занимает менее 1%. Не будет большим преувеличением утверждать, что в развитых странах композиционные материалы совершили настоящий переворот и в агропромышленном комплексе. Антикоррозионные и физико-механические свойства этих материалов позволяют применять их там, где не выдерживают другие материалы. Это значительно экономит средства не только при производстве, но и в процессе эксплуатации, изделия из композитов практически не требуют затрат на обслуживание, а срок службы исчисляется десятками лет.
Перейдем к конкретной связи проблемы модернизации (в части применения новых материалов и технологий на их основе) с теми позициями в животноводческих хозяйствах, где применение композиционных материалов и возможно, и необходимо. Эти положения базируются на результатах единичных статистических исследований, анализе
конкретных эксплуатационных условий и на достигнутом уровне производства композиционных материалов и изделий из них.
1. Стойловое оборудование животноводческих ферм и комплексов. Порядка 80% всех отказов стойлового оборудования приходится на рамы стойла, металлические ограждения и трубы, фурнитуру, крепежные соединения, полы. Существующие технологии изготовления композитных деталей (методами пултрузии и формования) позволяют обеспечить производство практически всех
этих элементов стойлового оборудования и исключить, таким образом, проблему их коррозионного и механического износа.
Рис. 1. Композитные р ешетчатые панели
Композитные решетки, решетчатые и сплошные панели по требованиям коррозионной стойкости, водостойкости, водопроницаемости, гигиеничности и свойствам поверхности (шероховатость, абразивостой-кость) полностью соответствуют требованиям, предъявляемым к полам животноводческих помещений, не нуждаются в дополнительной обработке и значительно удобней в содержании и в обслуживании, нежели бетонные, кирпичные, деревянные полы или полы из других материалов.
2. Элементы систем кормления животноводческих хозяйств - кормохранилища, кормоприготовление, кормораздача. Наиболее эффективно применение композиционных материалов для кормохранилищ в виде стеклокомпозитных силосных башен взамен открытых кормохранилищ (силосных ям и траншей) и силосных башен из традиционных материалов (кирпича, бетона, железобетона, металла). Силосные стеклокомпозит-ные башни не требуют применения никаких антикоррозионных средств, устойчивы к влиянию внешней среды и отвечают гигиеническим требованиям, предъявляемым к материалам, используемым при приготовлении и хранении кормов.
Рис. 2. Силосная
башня из стеклокомпозита
3. Технологическое оборудование систем поения животноводческих ферм и комплексов. Отказы системы поения связаны, в основном, с коррозионным износом стальных водопроводных линий. Достигнутый в настоящее время уровень производства неметаллических труб систем водоснабжения позволяет полностью перейти на трубы из термопластов (полиэтилен, ПВХ) для малых диаметров (до 100-200 мм) и на стек-локомпозитные трубы для диаметров более 200 мм и полностью исключить проблему ремонта трубопроводов вследствие коррозионного износа и зарастания.
4. Элементы систем микроклимата и обогрева скотоводческих ферм. В этих системах наиболее подвержены коррозии металлические трубы систем обогрева, а также воздуховоды, изготовленные из черного металла, отказы которых связаны с повышенной влажностью воздуха и агрессивной воздушной средой. Проблема исключения коррозионного износа этих элементов систем микроклимата и обогрева также может быть успешно решена путем применения труб из композиционных материалов, изготавливаемых для систем теплоснабжения, и применения легких стеклокомпозитных труб взамен металлических воздуховодов.
5. Технологическое оборудование систем удаления, хранения (накопления) и переработки навоза животноводческих ферм и комплексов. Доля ускоренного износа и отказов механических систем навозо-удаления вследствие коррозии достигает: в хозяйствах КРС до 65% всех отказов; в свиноводстве до 80% всех отказов. Современные технологии позволяют путем подбора смол и технологий изготовления деталей из композиционных материалов обеспечить замену в этих системах отдельных металлических или железобетонных деталей на композитные, что должно привести к снижению доли отказов вследствие коррозии.
В случае самотечной (самосплавной) системы навозоудаления она может быть выполнена практически целиком из элементов, изготовленных из композиционных материалов - решетчатый пол (или решетки), каналы (лотки) или трубы и цистерна (бак) навозохранилища не потребуют какого-либо специального обслуживании или ремонта (замены) в течение всего срока эксплуатации. Пример такой системы показан на рисунке.
Рис. 3. Элементы самосплавной системы навозоудаления: 1 - композитные решетки в помещениях для содержания свиней; 2 - стеклокомпозитные или полиэтиленовые трубы; 3 - стеклокомпозитный бак; 4 - цистерна-навозохранилище из стеклокомпозита
Навозная жижа через решетчатый пол или решетки, закрывающие каналы или трубы, поступает в эти каналы, по которым стекает в предварительный подземный бак. По мере накопления содержимое предварительной емкости отбирается в цистерну-навозохранилище, откуда накопленное содержимое будет использоваться по назначению.
Рис. 4. Композитные емкости (метатенки) большого объема, изготавливаемые на месте
Современным технологиям хранения и использования навоза и навозных стоков в животноводческих комплексах отвечают хранилища, изготовленные из стеклокомпо-зита, которые являются элементом биогазовой установки, содержащей и другие агрегаты из стеклокомпозита: метатенки, ферментаторы, биореакторы. На рис. 5 показаны крупные стеклокомпозитные емкости, используемые для промышленного производства биогаза (Дания). Использование биогазовых установок из стеклокомпозита решает одновременно проблемы переработки наво-зосодержащих отходов и получение высокоэффективного энергетического продукта. Эта технология доступна для свиноферм, ферм КРС, крупных крестьянских хозяйств.
Рис. 5. Композитные метатенки и ферментаторы в промышленном производстве биогаза
6. Конструкционные элементы зданий и сооружений животноводческих ферм и комплексов. Целесообразность применения композиционных материалов в конструкционных элементах зданий и сооружений в животноводческих хозяйствах определяется их высокой коррозионной стойкостью при механических характеристиках, практически не уступающих, а по некоторым показателям -превосходящих характеристики традиционных конструкционных материалов.
В настоящее время доказана эффективность применения композитной арматуры вместо стальной в бетонных конструкциях малоэтажных зданий: в фундаментах и колоннах, стенах и перекрытиях, для армирования полов и плит по грунту. Поэтому нет никаких технических и технологических препятствий для применения ее и при строительстве в животноводстве.
Рис. 6. Применение стеклокомпозитной арматуры для армирования полов по грунту
Рис. 7. Композитные конструкционные профили, изготовленные методом пултрузии
Современные методы изготовления конструкционных деталей самых разнообразных профилей позволяют использовать эти детали для возведения несущих конструкций зданий животноводческих комплексов.
Рис. 8. Применение композитных профилей и панелей в строительстве помещений животноводческих комплексов
При сопоставимых основных показателях прочности со стальными (оцинкованными) конструкциями, срок службы несущих конструкций из композитов в агрессивной газовой среде помещений ферм и комплексов в разы больше, чем у стальных оцинкованных конструкций и может достигать 50 и более лет. Имеются также предложения по исполь-
зованию композитных закладных деталей в конструкциях перекрытий из дерева, что также значительно увеличивает их срок службы.
7. Отдельные сооружения из композитных материалов. К немногочисленным случаям практического использования изделий из композиционных материалов можно отнести применение в некоторых животноводческих хозяйствах домиков и боксов для выращивания телят.
Рис. 9. Композитные домики и ограждения,
выпускаемые российскими производителями
Производство таких домиков (преимущественно из стеклокомпозита) освоено различными отечественными и зарубежными производителями. Материал стенок композитных домиков гигиеничен, нетравмоопасен, не подвержен налипанию и бактерицидному зарастанию, хорошо сохраняет тепло, что позволяет получать хорошие показатели по выращиванию здорового молодняка.
8. Элементы инфраструктуры и средств малой механизации из композиционных материалов. К сооружаемым или реконструируемым инфраструктурным объектам крупных животноводческих комплексов с использованием композиционных материалов в полной мере относятся системы водоснабжения и водоотведе-ния. Эта область использования композиционных материалов, в частности, стеклокомпозита, давно освоена за рубежом (опыт безаварийной эксплуатации - более 40 лет).
Рис. 10. Эскиз
к проекту водонапорной башни из стекло-композита
В России в последние 5-10 лет также успешно реализуются проекты строительства и реконструкции сетей водоснабжения и водо-отведения из композиционных материалов. Поэтому нет никаких технических или технологических проблем, препятствующих практическому применению стеклокомпо-зитной трубной продукции в системах водоснабжения и водоотведения. Целый ряд российских производителей поставляют на рынок всю необходимую номенклатуру труб, фитингов, колодцев и очистных сооружений.
Особо важное место в инфраструктуре животноводческого комплекса занимают очистные сооружения, предназначенные для полной очистки сточных вод, образующихся от гидросмыва, очистки емкостей и смыва проливов с территории. Оптимальным вариантом очистных сооружений для крупных животноводческих хозяйств являются соору--жения, изготовленные с широким использованием стеклокомпозита и других полимеров для емкостей, трубопроводов и других агрегатов. Применение композиционных материалов гарантирует долгий срок эксплуатации
даже в самых сложных условиях.
Рис. 11. Оснащение минитрактора композитными емкостями для перевозки химически агрессивных жидкостей в животноводческих комплексах
Разнообразные емкости из композитных изделий, преимущественно из стеклокомпо-зита, могут использовать в минитракторах, прицепах, автоцистернах для транспортирования жидких кормов, воды, продуктов утилизации органических отходов животноводческих ферм и комплексов. Как видно из представленной информации, в настоящее время имеются все предпосылки для широкого применения инновационных композитных материалов в животноводческих фермах и комплексах, что позволило бы придать новый импульс успешному решению задач модернизации, реконструкции и переоснащения всей животноводческой подотрасли. Однако в настоящее время в плане реализации этих задач практически отсутствуют какие-либо значимые достижения.
Причиной тому является целый ряд объективных и субъективных факторов:
1. Недостаточное внимание, особенно в плане практических решений, развитию всего АПК со стороны государственных органов РФ. Признание того, что современный агропромышленный комплекс и его важная отрасль - животноводство являются основой продовольственной безопасности страны, пока еще не привело к заметным сдвигам в решении задач модернизации АПК.
2. Внедрение новых материалов и технологий взамен действующих и апробированных, подкрепленных развитой производственной базой, наличием соответствующего квалифицированного персонала - это всегда долгий, вызывающий неприятие в действующих структурах процесс, не дающий сиюминутный эффект. И здесь необходимо принятие волевых или политических решений на различных уровнях руководства, необходимы эффективные меры стимулирования.
3. Существенным препятствием для внедрения новых материалов и технологий является в большинстве случаев их высокая стоимость по сравнению с традиционными. Это объясняется, в основном, малыми объемами производства на начальном этапе внедрения, малым спросом, который традиционно ориентирован на стоимость приобретения, а не критерий «стоимость-эффективность» при-
менительно к полному жизненном циклу изделия. Только этот критерий и должен применяться при решении вопросов о внедрении инновационных материалов и технологий.
4. Некоторые оставшиеся нерешенными технические моменты - неполный объем испытаний, подтверждающих заявленные характеристики новых материалов, недостаточность нормативной и разрешительной документации, недостаток квалифицированных кадров, подготовленных для работы с инновационными материалами и технологиями.
Почти все эти проблемы относятся к числу быстрорешаемых: уже разработан значительный объем стандартов на производство и испытания, развернута работа по актуализации действующих норм и правил проектирования, готовятся недостающие разрешительные документы, разрабатываются методы и технологии проведения новых материалов применительно к условиям их применения в животноводческих фермах и комплексах.
Литература:
1. Госпрограмма развития с. х. и регулирования рынков с.-х. продукции на 2013-2020 годы. М., 2012.
2. Методические рекомендации по реконструкции и техническому переоснащению животноводческих ферм / Н.М. Морозов и др. М., 2000.
3. Рекомендации по модернизации и техническому перевооружению молочных ферм. М., 2007.
4. Демин О.Б., Ельчищева Т.Ф. Проектирование агропромышленных комплексов. Тамбов, 2005.
5. Влияние эксплуатационной среды на биостойкость строительных композитов / В.Т. Ерофеев и др. // Инженерно-строительный журнал. 2012. №7(33).
6. Елисеев А.Г. Что и почему ломается на животноводческих фермах // Аграрное обозрение. 2012. №6.
7. ГОСТ 31938-2012. Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций.
The problems of products from composite materials in livestock farms and complexes in Russia. Shows specific examples illustrating the practical application composite materials in the design and modernization of livestock farms and complexes. Articulated reasons preventing the introduction of products from composite materials in Russian animal.
Keywords: livestock complexes, modernization, composite materials, infrastructure and equipment.
