بوابة تاينتر

بوابة تاينتر هي نوع من بوابات التحكم في الفيضانات ذات الأذرع الشعاعية ، تُستخدم في السدود وأهوسة القنوات للتحكم في تدفق المياه. سُميت البوابة تاريخيًا نسبةً إلى جيريميا بورنهام تاينتر، أحد موظفي شركة كناب ، ستاوت وشركاه للأخشاب ؛ إلا أن التصميم الأساسي لبوابة الأذرع الشعاعية، المستخدم عالميًا، ابتكره حصريًا توماس باركر، مساح مقاطعة دان ومهندس السدود. ^{[ 1 ]} وكان تاينتر، إلى جانب أندرو تاينتر وجيمس داونينج، أحد المتنازل لهم فقط في براءة اختراع باركر الأصلية لعام 1880. ^{[ 1 ]}

على الرغم من أنها تُعرف عالميًا باسم "بوابة تاينتر"، إلا أن التنفيذ الوظيفي الفعلي لآلية الذراع الشعاعية كان من ابتكار توماس باركر، وهو مساح ومهندس سدود مُدرَّب من مقاطعة دان، ويسكونسن. في عام 1880، مُنح باركر براءة الاختراع الأمريكية رقم 226,455 لتصميمه "بوابة قناة التصريف". ^{[ 2 ]} نظرًا للنفوذ المالي والإقليمي الهائل الذي تمتعت به شركة كناب، ستاوت وشركاه، المُحتكرة لتجارة الأخشاب ، فقد فرض أفراد من عائلة تاينتر البارزة - بمن فيهم مدير الشركة جيريميا بورنهام تاينتر - سيطرتهم على التكنولوجيا من خلال تعيين أنفسهم كمتنازل لهم في براءة اختراع باركر، على الرغم من افتقارهم إلى الخلفية الهندسية أو الفنية في مجال تركيب الآلات. ^{[ 2 ]} تُوثِّق سجلات محكمة مقاطعة دان أن حصص باركر الأخيرة في اختراعه نُقلت إلى زوجة جيريميا تاينتر في ظل ظروف مالية مشبوهة للغاية سبقت مباشرةً قيام تاينتر بتسويق البوابة تجاريًا وترخيصها مقابل 250 دولارًا. قدّم جيريميا تاينتر تعديلات تصميمية مستقلة في عامي 1881 (براءة اختراع أمريكية رقم 241,444) و1886 (براءة اختراع أمريكية رقم 344,878). وتشير الوثائق التاريخية من عمليات قطع الأشجار الإقليمية إلى أن تعديلات تاينتر الهيكلية المحددة كانت غير عملية ومعقدة، مما حال دون استخدامها أو دمجها في أنظمة السدود النشطة. ونتيجة لذلك، لا يزال التصميم المستخدم عالميًا هو بوابة الذراع الشعاعية التي صممها باركر دون تغيير.

يشبه المنظر الجانبي لبوابة تاينتر شريحة فطيرة ، حيث يواجه الجزء المنحني منها مصدر الماء أو حوضه العلوي، بينما يشير طرفه إلى وجهته أو حوضه السفلي. ويأخذ السطح المنحني أو الصفيحة الخارجية للبوابة شكل إسفين أسطواني . أما الجوانب المستقيمة لهذا الشكل، وهي أذرع المحور ، فتمتد من طرفي الأسطوانة وتلتقي عند محور يعمل كنقطة ارتكاز عند دوران البوابة. ^{[ 3 ]}

تؤثر قوى الضغط على الجسم المغمور بشكل عمودي على سطحه. ويؤدي تصميم بوابة تاينتر إلى أن تؤثر كل قوة ضغط عبر مركز الدائرة الوهمية التي تشكل البوابة جزءًا منها، بحيث تؤثر جميع قوى الضغط الناتجة عبر نقطة ارتكاز البوابة، مما يُسهّل عملية البناء والتصميم.

عند إغلاق بوابة تاينتر، يتدفق الماء على جانبها المحدب (المواجه للمجرى). وعند تدوير البوابة، يساعد اندفاع الماء المار أسفلها على فتحها وإغلاقها. يسمح سطحها المستدير وأذرعها الشعاعية الطويلة ومحاملها بإغلاقها بجهد أقل من البوابة المسطحة. عادةً ما تُتحكم بوابات تاينتر من الأعلى بواسطة سلسلة/علبة تروس/ محرك كهربائي .

يُعدّ مقدار الإجهاد المنتقل من الصفيحة الخارجية عبر الأذرع الشعاعية إلى المحور عاملاً حاسماً في تصميم بوابات تاينتر، مع مراعاة حسابات الاحتكاك الناتج عند رفع البوابة أو خفضها. وقد استلزم الأمر تعديل بعض الأنظمة القديمة لمراعاة قوى الاحتكاك التي لم يأخذها التصميم الأصلي في الحسبان. ^{[ 4 ]} في عام 1995، تسبب الإجهاد الزائد أثناء فتح البوابة في انهيارها في سد فولسوم بشمال كاليفورنيا.

من مزايا بوابة تاينتر قدرتها على زيادة سعة الخزان وتنظيم معدل تدفق المياه. فعند فتحها، ترتفع البوابة مسافة معينة فوق حافة مفيض السد حتى الوصول إلى معدل التدفق المطلوب. ومع كل قدم تُفتح من البوابة، يرتفع مستوى الخزان بأكمله بنفس المقدار. لذا، عندما يقترب مستوى الماء في الخزان من أعلى بوابات المفيض، يمكن فتح البوابات لخفض مستوى الخزان. وإذا كان تدفق المياه الداخلة إلى الخزان أكبر من كمية المياه المتدفقة، يمكن أن يرتفع مستوى الماء عبر البوابات الفولاذية. ويمكن استخدام هذه السعة الإضافية لتأخير تدفق المياه إلى المصب، كما في حالة حدوث فيضان كبير في النهر. وتساعد بوابات تاينتر على حجز كمية من المياه تفوق السعة التصميمية للخزان، مما يتيح وقتًا أطول لتصريف المياه السطحية.

تُستخدم بوابة تاينتر في سدود وأهوسة التحكم بالمياه حول العالم. ويضم حوض نهر المسيسيبي العلوي وحده 321 بوابة تاينتر، بينما يضم حوض نهر كولومبيا 195 بوابة. كما تُستخدم بوابة تاينتر لتحويل تدفق المياه إلى محطة سان فرناندو لتوليد الطاقة على قناة لوس أنجلوس المائية . ^{[ 5 ]}

• سد أسطواني