قفل صندوق الشحن

القفل الكيسوني هو نوع من أقفال القنوات المائية ، حيث يُوضع قارب ضيق داخل صندوق محكم الإغلاق مانع لتسرب الماء، ثم يُرفع أو يُخفض بين مستويين مختلفين لمياه القناة. وقد اختُرع في أواخر القرن الثامن عشر كحل لمشكلة الطلب المفرط على المياه عند استخدام الأقفال التقليدية لرفع وخفض قوارب القنوات عبر فروق الارتفاع الكبيرة. فهذه الأقفال، التي كان كل منها يرفع ويخفض القوارب عبر فروق ارتفاع صغيرة لا تتجاوز بضعة أقدام، لم تكن كافية عند الحاجة إلى التعامل مع فروق ارتفاع كبيرة أو عند شح المياه. كان يُعتقد أن القفل الكيسوني (أو الكيسون ) أحد الحلول، إلا أنه تبيّن لاحقًا أن التكنولوجيا المتاحة آنذاك لم تكن قادرة على تنفيذ هذا النوع من الإنشاءات اقتصاديًا.

صُمم هذا النظام في الأساس كإجراء لترشيد استهلاك المياه، كما سعى إلى تقليل تكاليف الإنشاء مقارنةً بالحلول الهندسية الأخرى في ذلك الوقت. وعند استخدامه، كان قادرًا على استبدال ما يصل إلى سبعة أهوسة تقليدية. ^{[ 1 ]} ومن فوائده الأخرى زيادة سرعة صعود وهبوط القوارب.

عُرض قفل الكيسون لأول مرة في أوكنغيتس على جزء مفقود الآن من قناة شروبشاير في إنجلترا عام 1792، حيث بنى مخترعه، روبرت ويلدون (حوالي 1754-1810)، نموذجًا مصغرًا بنصف الحجم الطبيعي. وادعى أن تصميمه سيحل مشكلة إمدادات المياه في المواسم الجافة أو على المرتفعات العالية، وسيكون أرخص من بناء القنوات المائية أو الأنفاق، وأسرع تشغيلًا من عدد الأقفال السطحية التي يمكن أن يحل تصميمه محلها. ^{[ 2 ]} وقد حصل على براءة اختراع لاختراعه تحت اسم "قفل الكيسون الهيدروستاتيكي". من المرجح أن الصندوق بالحجم الكامل، أو "الجذع"، ^{[ 2 ]} كان سيُزيح حوالي 270 طنًا ويزن حوالي 170 طنًا، بما في ذلك الماء بداخله، لذا كان سيلزم حوالي 100 طن من الصابورة لتحقيق الطفو المحايد . كان لا بد أن يكون الصندوق قوياً بما يكفي لتحمل ضغط 15 متراً (50 قدماً) من الماء عندما يكون في قاع الحجرة، أي ما يعادل ضغطاً قياسياً يبلغ حوالي 150 كيلو باسكال (22 رطل لكل بوصة مربعة) . ^{[ 3 ]}       

أُنجز أول قفل مائي عام ١٧٩٧ تحت إشراف ويلدون. عُرض الجهاز على الأمير الوصي ( جورج الرابع لاحقًا )، ولكن تبيّن أنه يعاني من عيوب هندسية متعددة، ربما بسبب طبقة الصخور الطينية الرخوة في المنطقة. ^{[ ٤ ] [ ٥ ] [ ٦ ]}

كان النظام يعتمد على صندوق مغمور ومغلق (يُسمى " كايسون "، وهي كلمة فرنسية تعني "صندوق كبير" ^{[ 7 ]} ) مُثقل بثقل كبير لتحقيق طفو محايد ، لذا لم يكن من الممكن في التشغيل العادي رفعه إلى مستوى الماء للسماح لقارب هابط بالدخول. بدلاً من ذلك، تم بناء حجرة من الحجارة (" صهريج ") بجدران أعلى من مستوى الماء في الجزء العلوي من الحوض، وكانت هذه الحجرة نفسها مملوءة بالكامل بالماء، بحيث يبقى الصندوق تحت السطح حتى في موضعه العلوي. ^{[ 8 ]}

في مايو 1799، أُجري اختبار في أوكنغيتس، حيث صعد على متن السفينة مجموعة من المستثمرين الذين كادوا يختنقون قبل أن يتم تحريرهم. توقف العمل على الهويس الثاني (إذ لم يبدأ العمل على الهويس الثالث)، وفي مطلع العام التالي، بُني منحدر مائل لنقل حمولات القوارب في أحواض ذات عجلات. وفي نهاية المطاف، شُيّد مسار من تسعة عشر هويسًا على امتداد أطول صعودًا على المنحدر، مع محطة ضخ بخارية من تصميم بولتون ووات ، قادرة على رفع 5000 طن من الماء في 12 ساعة، لإعادة تدوير الماء. ^{[ 9 ]}

في أبريل 1815، أنشأت شركة قناة ريجنتس قفلًا مزدوجًا (أو "قفلًا هيدروليكيًا هوائيًا" ^{[ 10 ]} ) في موقع قفل طريق هامبستيد الحالي ، شمال لندن. وكان المصمم هو المهندس العسكري ويليام كونغريف . وكان الدافع الرئيسي وراء ذلك هو معالجة مشاكل إمدادات المياه، بالإضافة إلى تسريع مرور السفن، حيث يمكن للسفن المتجهة في اتجاهين متعاكسين المرور عبر القفل. وكانت الأقفال - المغمورة دائمًا، كما هو الحال في كومب هاي - بدون قاع، ورُتبت بحيث تنحدر جوانبها في قنوات عميقة تحت الماء تشكلها "جدران صغيرة" داخل الجدران الرئيسية. وتتم الحركة الرأسية للقفلين بواسطة أنبوب موازنة ("قناة الاتصال") يمر أسفل أرضية القفل بين حجرتي القفل (مع انحناء طفيف للأعلى للوصول إلى مستوى أعلى من مستوى الماء)، بحيث يؤدي ارتفاع مستوى الماء في أحد القفلين ("ماء الضغط") إلى إزاحة الهواء عبر الأنبوب، مما يؤدي إلى انخفاض مماثل في مستوى الماء في القفل الآخر. وقد أدى ذلك إلى زيادة طفو الصندوق الأخير، الذي ارتفع تبعاً لذلك مع غرق الصندوق الأول.

كانت سلسلة متصلة تحت الماء تمر عبر بكرات، دون أن تقوم بأي عمل في حد ذاتها، تتحكم في المواضع النسبية. وكانت القوارب تدخل عبر بوابتين مزدوجتين؛ البوابات الداخلية على الصندوق الغاطس "مُعدّلة لتناسب تقريبًا البوابات الخارجية". ^[ 11 ^] ثم تصورت براءة اختراع كونغريف أنه بعد تحقيق "التوازن المطلق" ( الطفو المحايد )، يمكن لآلية مسننة أو أوزان قابلة للإزالة أو رافعة صغيرة التغلب ^على القصور الذاتي وتحريك الصناديق الغاطسة. وفي عرض عملي في طريق هامبستيد، اختار كونغريف لاحقًا استخدام ضاغط هواء يُفرغ في أحد الصناديق الغاطسة، مقدرًا أن رجلًا واحدًا يمكنه رفع الصندوق وخفضه في ثلاث دقائق - لم يسمح قانون الشركة بتركيب محركات بخارية ثابتة . ^{[ 12 ]} ومع ذلك، وُجد أن أسرع وقت إجمالي هو ست دقائق وأن الجهد المطلوب جعل المشغل "غير قادر على بذل المزيد من الجهد".

علاوة على ذلك، ولأن تشغيل الجهاز كان يعتمد على ضغط الهواء داخل الصناديق (سواءً أكانت وسيلة تحريكها هي تغيير ضغط الهواء أم لا)، فقد فشلت الخطة عندما قام المقاول هنري مودسلي بتسليمها وتبين وجود تسريب للهواء فيها. وفي عام 1818، وبعد محاولات إصلاح عديدة غير ناجحة، استبدلت الشركة الأقفال بأقفال تقليدية. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

في الأول من مايو عام ١٨٢٨، مُنح جوناثان براونيل، صانع سكاكين من شيفيلد، براءة اختراع لقفل توازن مفتوح في الهواء الطلق ، ووصفه بأنه يستخدم ثلاثة صناديق غاطسة . كان الصندوق الغاطس الرئيسي متصلاً بحبال تمر فوق بكرات مُخددة بصندوقين غاطسين أصغر حجماً للموازنة. تمثلت ابتكارات براونيل في وضع أسافين (مستويات مائلة) مقابل الفتحتين الثابتتين العلوية والسفلية، بحيث عندما يتحرك الصندوق الغاطس الرئيسي إلى مكانه، مدفوعًا بالماء المُضاف أو المُحرر من الصناديق الغاطسة المُوازنة، تدفعه بكرات تعمل ضد الأسافين باتجاه إطار مُبطن يُحيط بالفتحة. وكان على "المُشغّل" التحكم في رافعة لتحرير البكرات عند إغلاق البوابات الرأسية استعدادًا للصعود أو الهبوط التالي. ^{[ ١٥ ]}

• قفل التوازن
• مستوى القناة المائل
• رافعة القوارب
• قفل قطري

• جمعية قناة سومرستشاير للفحم