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Jul 11, 2023

Boiler Up : restauration d'une machine à vapeur Purdue originale de 1915

Ayant grandi dans une ferme à l'extérieur de Logansport, Indiana, Bill tournait

Ayant grandi dans une ferme à l'extérieur de Logansport, dans l'Indiana, Bill tournait des clés dès son plus jeune âge. "J'ai toujours été le gamin qui déchirait les choses pour voir comment elles fonctionnaient", dit-il. "J'avais aussi un intérêt pour les antiquités, puisque mes parents collectionnaient des tracteurs et des moteurs anciens."

La décision de fréquenter l'université Purdue, située à proximité, a été prise facilement, même si les cours ne l'ont pas été. "C'était très difficile", admet-il. "Beaucoup d'étudiants arrivent à Purdue sans vraiment savoir ce qu'ils veulent faire, et je n'étais pas différent. J'ai choisi le génie mécanique parce que j'avais des penchants pour la mécanique. Mais j'ai dû travailler beaucoup tard le soir pour réussir ces cours !"

Il a privilégié les cours de cinématique, notamment ceux enseignés par Farshid Sadeghi et Chuck Krousgrill. Et il a rejoint l'équipe Grand Prix de l'ASME, ce qui lui a permis de tourner des clés le week-end.

Il a également continué à poursuivre son amour des antiquités, assistant à des salons et à des ventes dans tout l'Indiana. Lors d'une vente immobilière, il regardait à travers une grange pleine de tracteurs et d'équipements rouillés, quand il est tombé sur quelque chose d'intéressant. "Ce n'était pas présenté comme une machine à vapeur, mais je l'ai reconnu immédiatement", dit-il. "Il n'avait pas été touché depuis des décennies. Le propriétaire a mentionné qu'il pensait que cela venait de Purdue. J'ai dit:" Je dois le posséder, c'est sûr! ""

Lorsque la machine à vapeur a été mise aux enchères, Bill a soumis l'offre gagnante. "J'étais encore junior à Purdue quand je l'ai acheté", se souvient Bill. "Ce n'était pas très cher, mais j'ai dû obtenir un prêt étudiant un peu plus important cette année-là!"

Le moteur n'avait aucune documentation ni provenance. Il l'a identifié comme un modèle Baker Uniflow, breveté en 1915 et fabriqué à Swanton, Ohio. Pour confirmer la connexion Purdue, il a consulté les catalogues de cours Purdue dès 1920 répertoriant un Baker Uniflow parmi l'inventaire de leur laboratoire de machines à vapeur. Deux autres indices ont amené Bill à croire qu'il avait l'article authentique. "J'ai trouvé un numéro de série, PU21970, gravé sur le volant", dit-il. "Il y avait aussi des supports pour des instruments scientifiques spécifiques, qui ne seraient pas là si le moteur était dans une usine ou une ferme."

Bill a finalement dû appuyer sur le bouton pause de sa recherche de vapeur. Après avoir obtenu son diplôme de Purdue en 1990, il a commencé à travailler pour une entreprise à Elkhart, Indiana, qui concevait des sièges automobiles. Ses compétences en conception de mécanismes l'ont conduit dans la région de Detroit, où il a passé les deux dernières décennies à concevoir des sièges automobiles, des ceintures de sécurité, des airbags et des composants structurels. Il est actuellement ingénieur principal pour STRATTEC, concevant des actionneurs de fermeture de porte automatique.

Mais pendant son temps libre, il n'a jamais cessé de penser au Baker Uniflow et à son rôle dans l'histoire de Purdue.

L'histoire de l'Université Purdue est inextricablement liée à la vapeur. En septembre 1891, Purdue prend le risque de dépenser 8 000 $ pour une locomotive à vapeur, la Schenectady n° 1, pour son école d'ingénieurs. Elle est devenue la première locomotive jamais étudiée dans des conditions de laboratoire et est venue définir la jeune université.

L'énergie à vapeur était le summum de la technologie à cette époque, et Purdue était devenue sa Silicon Valley. Des responsables des chemins de fer sont venus du monde entier, stupéfaits de voir le Schenectady se mettre en place jusqu'à 80 milles à l'heure sur un dynamomètre. Des moteurs de démonstration ont rempli le Heavilon Hall d'origine (prédécesseur du bâtiment de génie mécanique), où les chercheurs ont mesuré chaque aspect de leur fonctionnement. Même les joueurs de football ont été accusés d'avoir recruté des "fabricants de chaudières costauds" dans leur équipe - un symbolisme que Purdue embrasse à ce jour.

Cependant, les moteurs à combustion interne ont rapidement dépassé les moteurs à vapeur en termes d'efficacité et de puissance. Dans les années 1930, la recherche sur l'ingénierie de la vapeur était en plein déclin. Purdue a vendu sa dernière locomotive à vapeur pour la ferraille pour soutenir l'effort de guerre. La plupart des autres équipements ont été donnés aux musées ou complètement jetés.

Ce qui nous ramène au garage de Bill Champ et au Baker Uniflow. C'est à peu près la taille d'une voiture compacte et pèse tout autant. Des décennies passées dans une grange ont donné à chaque composant une épaisse patine de rouille. Bill tire sur le volant massif, ce qui fait que le piston unique de 6 pouces se déplace lentement d'avant en arrière. "C'est probablement la première fois qu'il est exploité en cent ans!" il rit.

Bill décrit comment cette machine massive aurait fonctionné. La vapeur acheminée depuis une centrale électrique passerait d'abord par un régulateur, composé de sphères de fer rotatives sur de l'acier à ressort. Si à tout moment il tournait trop vite, le gouverneur fermait la vanne principale pour arrêter le débit.

Ensuite, la vapeur entrerait dans une soupape à côté du piston principal, permettant à la vapeur d'entrer dans une partie du cylindre pour déplacer le piston, puis alternerait de l'autre côté pour renvoyer le piston. Une pompe à huile mécanique maintenait le cylindre lubrifié. Le piston pompait 200 fois par minute, générant jusqu'à 20 chevaux. Grâce à un système de courroies et de poulies reliées à un volant d'inertie, cela pourrait alimenter tout un laboratoire. Dans la configuration de Bill, une épaisse ceinture en coton relie le moteur à une dynamo électrique vintage, générant 3000 watts d'électricité à 125 volts.

C'est la théorie, du moins. Alors que Bill rêve de remettre le moteur en état de marche, il admet qu'il a des années de travail devant lui pour atteindre cet objectif. "La première étape consiste à tout démonter et à sabler", dit-il. "De nombreuses pièces doivent être réusinées ou remplacées. Et bien sûr, j'ai toujours besoin d'une chaudière pour fournir une source de vapeur. J'aimerais un jour mettre cela sur une remorque et l'emmener dans les écoles, pour montrer aux étudiants comment notre monde était alimenté il y a 100 ans."

À cette fin, Bill a également amassé une énorme collection d'instruments scientifiques et d'autres accessoires qui auraient été utilisés par les chercheurs de Purdue pour étudier le fonctionnement du moteur. Par exemple, un instrument enregistre la pression de la vapeur au moyen d'un papier et d'un crayon. La pression de la vapeur pousse le crayon de haut en bas, tandis qu'une ficelle reliée au vilebrequin fait tourner le tambour de papier. Le graphique résultant peut être analysé par un autre instrument analogique, un planimètre, pour dériver des mesures du fonctionnement du moteur dans le temps.

Ce n'est que l'un des dizaines de compteurs, d'instruments et d'équipements d'étalonnage qui remplissent les tables et les étagères du garage de Bill. Il a même amassé un ensemble complet de sifflets à vapeur, d'un minuscule toeter d'un pouce de diamètre à un monstre de 8 pouces de diamètre d'un bateau à vapeur, que vous pouvez entendre à des kilomètres de distance. "Je suis toujours à la recherche de composants et d'artefacts à vapeur", dit-il, "en particulier des manuels décrivant leur fonctionnement, car personne en vie n'a fait fonctionner ces choses!"

Alors pourquoi s'attaquer à ce projet colossal ? "Cela fait partie de notre histoire", déclare Bill. "Purdue est connu pour la recherche et la création de nouvelles technologies. Mais tout a commencé avec des moteurs comme celui-ci. Nous ne pouvons pas laisser tout cela disparaître. Les locomotives ont toutes disparu, et c'est probablement la seule machine à vapeur Purdue qui existe encore. Nous ne pouvons pas oublier ces choses, car elles nous ont amenés là où nous sommes aujourd'hui. "

De la même manière, les principes que Bill a appris pour la première fois à Purdue le guident toujours dans sa carrière. "C'est mon travail de concevoir de nouveaux mécanismes, avec des moteurs, des capteurs et des actionneurs", dit-il. "En tant qu'étudiant de Purdue, j'ai d'abord appris le fonctionnement de tous ces mécanismes. J'ai également appris à penser et à appliquer ce que j'ai appris à des applications du monde réel. L'apprentissage pratique, combiné à l'apprentissage en classe, fait de vous un bon ingénieur."

Rédacteur : Jared Pike, [email protected], 765-496-0374