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". Perfectionnements apportés aux moyens p,our le démarrage des loto-compresseurs à pistons libres opposés ".
L''invention est relative aux. moyens pour le démarra- ge des moto-compresseurs à pistons libres opposés, du genre de deux dans lesquels le retour des pistons se produit, en régime normal sous l'effet de la détente,d'une¯ part,d 'un gaz' contenu dans des matelas de compensation, et, d 'autre part, de l air restant, en fifcleccompression, dans les cylindres compresseurs.
Elle.a pour but, surtout, de réaliser de manière tel- le? lesdits moyens, qu'ils répondent mieux que jusqu'à présent aux desiderata de, la pratique et, notamment, qu'ils assurent, outre du démarrage proprement dit, un fonctionnement satis- 'faisant pendant'la période de- remplissage des réservoirs, ainsi ' que pendant la période de réchauffage du moto-compresseur.
Le fonctionnement des moto-compresseurs du genre-en question pendant ces périodes pose, en effet, des conditions nouvelles généralement inexistantes dans les machines dont les pistons sont munis d'une'liaison cinématique assurant la trans-.
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mission de la puissance produite et imposant auxdits pistons des déplacements donnés.
Avec lesdits moto-compresseurs, le renvoi des pistons étant assuré par des matelas de compensation, il est nécessaire de régler convenablement l'énergie de ces matelas, soit que cette énergie doive rester constante, soit qu'elle doive varier entre des limites définies.
L'invention consiste, principalement, pour constituer les moyens dubgenre en question, en même temps qu'à prévoir un réservoir auxiliaire propre' @ être chargé de gaz (par exemple air) comprimé et à être mis ensuite en communication avec les matelas de compensation du moto-compresseur, afin d'assurer le démarrage -- à. donner à ce réservoir une contenance telle, et à le charger de gaz à une pression elle-même telle, que, lorsque mis en communication avec les matelas de compensation pour pro- voquer le démarrage, le gaz contenu dans ledit réservoir se dé- tende jusqu'à une pression suffisante pour assurer le retour correct des pistons, pendant le début du fonctionnement du mo- to-compresseur, c'est-à-dire jusqu'à établissement du débit des cylindres compresseurs.
Elle consiste, mise à part cette disposition principa- le, en'certaines autres dispositions, qui s'utilisent de préfé- renc-e en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci- après, notamment : en une deuxième disposition consistant, dans les moto- compresseurs du genre en question, à prévoir des moyens d'étran- glement du refoulement des cylindres compresseurs (voire d'au moins certains desdits cylindres si le compresseur est à plu- sieurs étages) susceptibles d'entrer en,action momentanément pour certaines valeurs de la pression régnant dans la réservoir où se produit le refoulement inférieur à la pression normale de régime;
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et en une oisième'dipition1consistant, pour amener ".r¯.. .. t /' :
.... les pistons des moto-compresseurs du genre en question à une
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position sensiblement immuable à proximité des points morts,ex- té rieurs, en vue de procéder ultérieurement au démarrage, cousis tant, ladite disposition, à prévoir des moyens amenant un gaz comprimé à agir sur les faces arrière d'au moins certains das pistons compresseurs.
Elle vise plus particulièrement un certain mode d'ap- plioation, ainsi que certains modes de réalisation, desdite s dispositions; et elle vise plus particulièrement encore et ce à titre de produits industriels nouveaux, les moyens du genre en question comportant application desdites dispositions, les éléments spéciaux propres à leur établissement, les moto-com- presseurs comportant application desdits moyens, ainsi que les ensembles, fixes ou mobiles, notamment les véhicules automo- biles tels que les locomotives, comportant de tels moto-com- presseurs.
Et elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
La figi 1, de ces dessins, montre, en coupe axiale sché..atique partielle, un moto-compresseur à pistons libres à un seul étage comportant paur son démarrage des moyens établis con- formément à l'invention.
La fig. 2, montre, semblablement à la fig. 1, un moto- compresseur à pistons libres à deux étages comportant, lui aus- si, pour son démarrage des moyens établis conformément à l'in- vention.
Les fig. 3 à 6 représentent quatre diagrammes des pressions en fonction des courses dans les diverses capacités de volume variable du moto-compresseur représenté par la fig.2.
La fig. 7 montre, en coupe à plus grande édhelleune variante de l'un des organes. du compresseur représenté sur la fig. 2.
Les fig. 8 et 9 montrent, également à plus garande
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échelle, respectivement en coupe transversale et en coupe se- lon x-x fig. 8, une variante d'un autre des organes de ce même compresseur.
La fig. 10, enfin, représente, semblablement aux fig 1 et 2, un moto-compresseur à pistons libres à deux étages com- portant des moyens de démarrage établis eux encore conformément à l'invention.
Selon l'invention, et plus particulièrement selon ce- lui de s es modes d'application, ainsi que ceux des modes de ré- alisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, disposant d'un moto-compresseur à pistons libres compor- tant, ainsi que connu, un cylindre moteur 1 de part et d'autre duquel sont disposés les cylindres compresseurs, deux groupes de pistons propres à coagir avec les susdits cylindres, ainsi qe des matelas de compensation 2, par exemple placés, en temps nor- mal, sous la pression de refoulement du compresseur et dimen- sionnés de façon telle, compte tenu des espaces morts des cylin- dres compresseurs, que l'équilibrage de l'appareil soit réalisé pour tous les régimes de marcher normale une fois la pression de refoulement établie,
et se proposant de munir ce moto-compresseur de ' moyens de démarrage, on s'y prend comme suit, ou de façon analogue.
On prévoit un réservoir auxiliaire 3, propre à être chargé de gaz (par exemple air) comprimé et à être mis, ensui- te, en communication avec les matelas 2, réservoir auquel on donne une contenancetelle, et que l'on charge de gaz à une pression elle-même telle, que, lorsque ledit réservoir est mis en communication avec les susdits matelas pour provoquer le démarrage, le gaz y contenu se détende jusqu'à une pression suffisante pour assurer le retour correct des pistons, pendant le début du fonctionnement.
Afin de simplifier la manoeuvre de démarrage on pré- voit avantageusement, pour charger le réservoir 3; ainsi que
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pour ouvrir la communication entre ledit réservoir et les mate- , las 2, un dispositif que l'on constitue en ayant recours à un robinet à trois voies 4 susceptible de faire communiquer une tubulure 5 d'arrivée d'air comprimé,soit, par un conduit 6, avec le réservoir 3, soit, par un conduit 7, avec un appareil- susceptible d'ouvrir la communication entre ledit réservoir 3 et les matelas 2 lorsque l'air comprimé parvient audit appareil.
On constitue, par exemple, cet appareil, en sentant, dans un petit cylindre, un piston 8 attelé à une soupape 9 propre à ouvrir ou à fermer ladite communication selon la position qu'elle occupe, en prévoyant par exemple un ressort 10 pour tendre à maintenir la soupape 9 fermée, et en faisant déboucher le susdit conduit 7 dans le sus- dit petit cylindre en un -endroit tel que, lorsque la pressi on est transmise par ledit conduit 7, le piston 9 comprime le res- sort 10 et la soupape 9 ouvre la communication entre le réserver 3 et les matelas de compensation 2.
On congoit qu'alors une manoeuvre du robinet 4 suffi- ra à charger le réservoir 3 et une seconde manoeuvre à provo- quer le rapprochements brusque des pistons, d'où résultera la première dombustion.
En raison de la capacité importante du réservoir 3 par rapport à celle des matelas 2, la pression dans lesdits ma- telas variera peu pendant la course des pistons et cette pres- sion restera toujours smffisante pour assurer à elle seule le retour correct des ce qui est indispensable, les espa- ces morts des pistons ne fournissant encore aucune énergie.
Mais, après quelques cycles, la pression dans le re- foulement (vers le réservoir 11) commence à croître. L'énergie des matelas d'espace mort s'ajoute alors à l'énergie des mate- las 2 et il devient indispensable que la pression dans lesdits matelas 2 baisse.' A cet effet, on donne ainsi que déjà dit aux matelas des dimensions
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telles qu'un bon fonctionnement en régime stable soit assuré, on choisit de manière telle la pression que l'on fait régner dans le réservoir 3 ainsi que la capacité de ce réser- voir, que la pression initiale régnant dans les matelas 2 lors du lancement des pistons soit notablement supérieure (par exem- ple de 15 kilogs) à la pression de refoulement normale du com- presseur, et on prévoit des moyens propres à faire baisser, de préférence progressivement,
la pression régnant dans lesdits ma- telas 2 depuis ladite pression initiale jusqu' ladite pression normale lorsque la pression de refoulement croît pour atteindre sa valeur normale, ce grâce à quoi on peut parvenir à ce que l'énergie tota- le pour le retour des pistons assure toujours correctement le- dit retour pendant la période transitoire allant de la première combustion jusqu'à l'obtention d'un régime stable.
On réalise avantageusement ces derniers moyens en ayant recours à un obturateur disposé entre un conduit 12 relié au susdit réservoir auxiliaire 3 et un conduit 13 relié au sus- dit réservoir 11, obturateur dont l'ouverture soit commandée automatiquement par les pressions régnant dans ces deux réser- voirs, voire en outre, dans le cas des compresseurs à plusieurs étages, par la pression (ou les pressions) régnant à l'étage in- férieur (ou aux étages inférieurs) du compresseur.
Dans le cas simple d'un compresseur refoulant directe- ment dans le réservoir 11, on peut réaliser le susdit obtura- teur ainsi que représenté par la fig. 1, laquelle montre, à ti- tre d'exemple, un compresseur à un seul étage.
Selon ce mode de réalisation, on prévoit, entre les conduits 12 et 13, un piston-valve 14 maintenu dans la position fermée, par exemple par un ressort 15, de préférence réglable et on relie ce piston-valve à un ,piston à deux étages 16 et 17 s lesquels' on fait agir, dans.le sens tendant à pro-
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voquer l'ouverture du piston-valve, d'une part, sur le petit piston 16, la pression régnant dans lesmatelas 2, laquelle est amenée par un tube 18, et, d'autre part) sur le gaand piston annulaire 17, la pression régnant dans le réservoir 11 ou dans la tubulure de ' refoulement, laquelle est amenée par un tube 19, l'ensemble étant fait tel que la pression s'exerçant, .
lors du lancement, sur le piston 16, soit insuffisante pour ou- vrir le piston valve contre l'action du ressort 15, mais que, lorsqu'une pression croissante.s'exerce sur le piston 17, ledit piston s'ouvre progressivement de façon à réaliser une compen- sation aussi rigoureuse que l'exige le fonctionnement correct du moto-compresseur.
Dans le cas plus complexe d'un compresseur refoulant en temps normal au travers du matelas 2, ledit matelas étant alors relié par le tube 12 au susdit obturateur, on peut réali- ser ce dernier organe ainsi que représenté par les fig. 2 et 10, lesquelles montrent, à titre d'exemple, des compresseurs à deux étages.
Selon ce mode de réalisation, on relie la tubulure de sortie d'air du compresseur aux matelas de compensation 2, par un clapet 20 permettant à l'air de passer seulement vers lesdits matelas, ce que l'on peut réa- liser, ou bien en disposant ledit clapet entre la susdite sortie d'air et la tubulure 21 reliant le réservoir 3 aux matelas, ou bien en disposant ce clapet entre la sortie d'air et le réser- voir 3 lui-même, auquel cas on peut placer, ainsi que représen- té sur la fig. 2, ledit réservoir 3 dans un réservoir 22 ali- menté directement par le dernier étage du compresseur.
On prévoit, comme indiqué plus haut, entre les conduit
12 et 13, un piston-valve 14 maintenu dans la position fermée, par exemple par un ressort 15, de préférence réglable, et on relie ce piston-valve à un piston à trois étages 23, 24, 25, sur lequel on fait agir, dans le sens tendant à pro-
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voquer l'ouverture du piston-vale, d'une part, sur le petit piston 23, la pression régnant dans le matelas 2, laquelle est,amenée par un tube 18, d'autre part, sur le piston 24, la pression régnant à la sortie des cylindres haute pression, laquelle est amenée par un tube 19, et, d'autre part enfin, sur le grand piston 25, la pres- sion régnant à la sortie des cylindres compresseurs basse pres- sion, laquelle est amenée par un tube 26,
l'ensemble étant fait tel que le fonctionnement du piston valve 14 soit le même que dans le cas étudié plus haut ou le compresseur ne refoule pas au travers des matelas 2. Dans ce dernier cas, d'ailleurs, si le compresseur était à n étages (par exemple 2), le piston à étages multiples actionnant le sus- dit piston-valve pourrait être à n + 1 étages (par exemple trois).
Bien que l'obturateur constitué par le piston-valve et ses moyens de commande puisse être réalisé ainsi qu'il vient d'être indiqué, on peut également l'établir en ayant recours à d'autres modes de réalisation, notamment à celui représenté par la fige 7 et selon lequel on procède comme suit, dans le cas pris à titre d'exemple, d'un compresseur à deux étages.
On prévoit un piston à trois étages 23, 24, 25 ana- logue à celui dont il vient d'être question, des tubes 19 et 26 propres à conduire, sous les grands pistons 24 et 25 les menés pressions que celles indiquées plus haut, et un ressort 15 ten- dant à repousser le susdit piston, la compression de ce ressort pomvant être modifiée, par exemple par une vis à tête molletée 27.
On fait déboucher le conduit 12 sous le petit piston 23, ce grâce à quoi il est inutile d'avoir recours au conduit 18, le débouché dudit conduit 12 étant disposé dans une chambre 28.
On agence de manière telle, ledit petit piston 23 et
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son cylindre que, lorsque le piston se soulève suffisamment, il fasse communiquer la chambre 28 avec une chambre 29 communiquant avec le susdit conduit 13, ce grâce à quoi la liaison est réali- sée entre les conduits 12 et 13.
Et on établit un piston-valve 30 commandant la c ommu- nication directe entre la chambre 28 et le conduit 13, ce'pis- ton-valve étant maintenu fermé par un ressort 31 et par une pression extérieure s'exerçant sur l'une des faces d'un piston
32 relié audit piston-valve, l'autre face dudit piston étant soumise à la pression régnant dans le conduit 13.
Ce grâce à quoi on réalise le fonctionnement suivant.
Quand le moto-compresseur est encore froid, ce qui entraîne une augmentation notable des résistances passives, il y a intérêt à augmenter l'énergie de retour et à conserver une pression élevée des matelas de compensation, alors même que les réservoirs ne sont plus vides. A cet effet, on agit sur la com- mande 27 qui, en comprimant le ressort 15 amène un retard dans la levée des pistons 23,24, 25.
Lorsque, au contraire, le moto-compresseur fonctionne normalement, ily a 'intérêt à diminuer les pertes de charge dans l'écoulement de l'air comprimé. A cet effet, l'on supprime la pression extérieure sur le piston 32, le piston-valve 30 se lè- ve par l'action de la pression inférieure sur le piston 32 et l'air comprimé passe directement de la.
chambre 28 dans le con- duit 13 par l'ouverture que découvre le piston-valve 30.,
Avantageusement, en outre des dispositifs venant d'ê- tre décrits, on munit le moto-compresseur de moyens propres à créer, au refoulement d'au moins un étage du compresseur, un étranglement d'autant moins important que la pression régnant . dans le réservoir alimenté par ledit étage est plus forte, les- quels moyens, automatiquement mis en oeuvre par la susdite pression, peuvent avantageusement être également commandés à la main.
On réalise, par exemple, ces moyens ainsi que repré-
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senté fig. 2 et 10 ou lesdits moyens sont montrés appliqués au premier étage d'un compresseur à deux étages, c'est-à-dire; en montant, sur le conduit de refoulement de 1''étage en question, avant le réservoir intermédiaire 33, un registre 34; et en prévoyant, pour actionner ce registre contre l'ac- tion d'un ressert 35 tendant à le maintenir fermé, un piston 36 soumis sur l'une de ses faces à la pression régnant dans le ré- servoir 33.
On peut également réaliser lesdits moyens ainsi que représenté fig. 8 et 9, c'est-à-dire en prévoyant, pour commander la communication entre les clapets de refoulement et une chambre 37 communiquant avec le susdit réservoir intermédiaire 33, un piston-clapet 38 dont les parois latérales soient soumises à la pression de refoulement et soient percées de passages calibrés 39, et qui soit repous- sé vers son siège 40 par un ressort 41 tendant à le maintenir fermé, et en faisant communiquer la zone interne dudit siège, avec la susdite chambre 37, ce grâce à quoi, quand, au démarrage, la pression est faible dans la chambre 37, le piston-clapet reste fermé;
mais, dès que le refoulement commence, de l'air passe par les passages
39 et la pression monte dans la chambre 37 jusqu'à ce que, cet- te pression devenant suffisante et continuant à croître, elle soulève progressivement le piston-clapet contre l'action du res- sort 41.
.uels que soient les modes de réalisation choisis pour les divers organes de l'appareil, le mode de fonctionnement des ensembles venant d'être décrit est le suivant, lesdiagrammes des fig. 3 à 6 en facilitant la compréhension.
Sur ces figures, les diagrammes en traits pleins correspondent auxfpremiers cycles respectivement dans les matelas 2 (fig. 3), dans les cy- lindres haute pression (fig. 4) et dans les cylindres basse pression (fig. 6),
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les diagrammes en pointillés correspondent aux cycles syivants dans les mêmes organes et respectivement sur lesfig.
3, 4 et 5, et les diagrammes en traits mixtes correspondent aux c y- cles normaux dans les mêmes organes et sur les mêmes figures que les précédents.
Si l'on suppose que la première combustion à eu lieu, pendant la première course motrice,du fait que les réservoirs 22 er 33 sont à la pression atmosphérique, le registre 34 presque entièrement fermé crée une perte de charge importante dans l'é- coulement de l'air comprimé du 1er étage. Le piston-valve 14, seulement soumis à la pression de l'air de démarrage sur le pe- tit piston 23, maintient fermée entièrement la communication entre les conduits 12 et 13, du fait de l'action dominante du ressort 15. A la fin de la première course motrice, toute l'é- nergie de la combustion a été absorbée en travail du matelas à pression constante, en travail de compression d'air dans le premier étage (absorbé par perte de charge dans le registre 34) et en travail de frottement.
La variation de volume des matelas 2 étant faible par rapport à la somme des capacités communiquant avec eux, la/,pression dans lesdits matelas a peu varié et le travail absorbé par eux est représenté sur la fige 3 par la sur- face m, n, p, q. Le travail du premier étage est représenté sur la fig. 6 par h, i, j, et le travail du deuxième étage (fig. 4) est sensiblement nul. Le travail de retour est sensiblement le même qu'au démarrage, car le matelas d'espace mort de 1er étage ne fournit que très peu d'énergie.
Pendant les courses suivantes, au fur et à mesure que la pression croît dans les réservoirs 22 et 33, le registre 34 et le piston-valve 14 s'ouvrent, la pression des matelas à pres-
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sion constante diminue, ml, Do 1 cependant que les diagram1iBs dans les capacités compresseur deviennent h1, i1,j1 pour le premier étage et l1, g1, k , r1 pour le 2ème étage; l'énergie des mate- las de compensation a donc diminué tandis que l'énergie des ma- telas d'espace mort a augmenté .
Enfin quand la machine a at-
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teint son régime, le registre 34 et l'obturateur 14 sont complè- tement ouverts par l'action de la pression régnant dans le s ré-
2 2 servoirs ; les diagrammes sont alors m , n p q pour les matelas de compensation, 12 g2, k2, r2 pour les capacités de deuxième étage et h1, i2, pour les capacité s de premier étage. En ou- tre, le clapet 20 s'ouvre pour le passage de l'air vers les ma- telas, les conduits 12, 13 et, enfin, le réservoir 11. Le ré- servoir 3 joue alors le rôle de réservoir amortisseur, de tel- le sorte que les pulsations produites dans le débit par le mou- vement alternatif des pistons soient amorties à la sortie du- dit réservoir 3 et à l'entrée des matelas de compensation.
Dans ce qui précède, il a été supposé que, au moment du démarrage, les pistons moteurs étaient au voisinage de leurs points morts extérieurs.
Pour réaliser cette condition on agence avantageusement de manière telle le moto-compresseur à établir, que, en vue de procéder ultérieurement au démarrage, les pistons soient amenés à une position sensiblement immuable au voisinage des susdits points morts extérieurs par un gaz comprimé agissant sur les s face arrière d'au moins certains des pistons compresseurs.
Bien que l'on puisse utiliser, pour assurer le d épla- cement en question, de l'air comprimé provenant de toute source appropriée, il semble particulièrement avantageux cependant, lorsque le moto-compresseur a été établi ainsi qu'il vient d'ê- tre dit, d'utiliser, soit l'air se trouvant, après l'arrêt du moto-compresseur dans lesréservoirs intermédiaires 33, et dans les cylindres com- presseurs haute pression, ou dans les matelas 2 et les conduits 12 communiquant avec lesdits matelas, soit l'air se trouvant, par exemple, après un raté de la cement, dans les matelas 2 et le réservoir auxiliaire 3, cet air étant, ainsi que déjà dit, à une pression plus élevée que la pression de refoulementnormale.
A cet effet, il suffira de prévoir au moins un clapet
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42 propre à mettre en communication, par un conduit 43, les ca- pacités 44 se trouvant par exemple derrière les pistons com- presseurs basse pression, avec une chambre 45 reliée elle-même, d'une part directement, par un conduit 46 avec le con.. duit 12 (donc avec les matelas 2), et, d'autre part, avec interposition d'un clapet automa- tique 47 empêchant la sortie de l'air hors de la chambre 45, avec les chambres de refoulement 48 des cylindres compresseurs haute pression.
On conçoit qu'alors, lorsqu'on ouvre le clapet 42, faisant ainsi communiquer la chambre 45 avec les capacités 44, si, par exemple le moto-compresseur vient seulement de s'arrêter et si on désire le préparer sans plus attendre pour sa remise en marche ultérieure, l'air comprimé se trouvant dans les chambres 48 ainsi que dans les matelas 2 et dans les conduits 12 et 46 se détendra dans les susdites capacités 44 tendant ainsi à écarter les pis- tons l'un de l'autre, puis, lorsque cet air aura atteint la pression régnant dans le réservoir intermédiaire 33, l'air contenu dans ce der- nier réservoir traversera les chambres 48 pour aller à son tour se détendre,dans les capacités 44.
Si maintenant, par exemple à la suite d'un raté de lancement, le réservoir intermédiaire 33 se trouve vidé, l'air contenu dans les matelas 2 est à une pression suffisante pour assurer seul la mise en place des pistons par sa détente dans les capacités 44 où il est dirigé par le conduit 43 grâce à l'ouverture de la soupape 42.
Bien entendu, si l'on ne prévoyait aucun dispositif approprié, l'air se trouvant dans les chambres de compression des cylindrée basse pression tendrait à s'opposer au déplacement des pistons.
Il est d one avantageux de prévoir des clapets 49 ou semblables que l'on établit dans la paroi des cylindres compres- seurs ba-ue Mescion et de munir ces clapets de moyens tels
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qu'ils puissent être ouverts lorsque désiré.
On disposera, de préférence, lesdits clapets en des endroits tels qu'ils permettent à l'air refoulé par les pistons compresseurs basse pression de s'échapper vers l'atmosphère jusqu'à ce que lesdits pistons parviennent au voisinage de leur pojnt mort extér-'eur, mais que, par contre, à partir d'une certaine position desdits pistons, ils se trouvent obturés em- prisonnant ainsi un matelas qui arrête sans choc les pistons dans la position désirée.
Si, pour cette position des pistons, les clapets 49 se trouvent communiquer avec les capacités 44, on conçoit que l'air s'étant détendu dans ces capacités pourra s'évacuer lui aussi vers l'atmosphère.
Il y a lieu de noter que, dans certains des compres- seurs du genre en question, les capacités 44, servent à comprimer au moins en partie l'air de balayage et à cet effet sont en communication par d es clapets de refoulement 50 ou semblables avec une capacité 51 communiquant avec les lumières 52 d'entrée d'air dans le cylindre moteur.
Dans le cas des compresseurs de ce type, il sera néces. saire, si l'on désire pouvoir amener derrière les pistons com- presseurs basse pression de l'air comprimé destiné à écarter les pistons l'un de l'autre, de prévoir des moyens tels que des cla- pets 53 permettant, soit d'interrompre la liaison entre la capacité 51 et les lumières 52 pendant la manoeuvre d'écartement des pistons, soit de maintenir fermés les clapets de refoulement 50 pendant cette même manoeuvre.
Enfin, dans tous les cas où le réservoir auxiliaire 3 communiquera avec le refoulement du compresseur (par exemple avec le réservoir 22) par un clapet 20, on prévoira avantageu- sement des 'moyens permettant de maintenir fermé ledit clapet pendant que l'on procédera au remplissage dudit réservoir 3, le- quel, en fonctionnement normal, se trouve à la pression de re-
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feulement du compresseur, ce qui fait que le clapet 20 n'a au- cune tendance à se fermer étant soumis à la même pression sur ses deux faces.
Il serait, naturellement, possible de constituer ces moyens par un ressort ou semblable tendant continuellement à maintenir le clapet 20 fermé. Mais ce ressort serait pendant tout le fonctionnement une cause de perte de charge qu'il y a avantage à éliminer.
Bien entendu, on pourra avoir recours, pour constituer les moyens de commande des divers clapets 42, 49, 53 et 20, à n'importe quel mode de réalisation approprié.
On pourra, par exemple, prévoir, pour chacun de ces clapets, des dispositifs d'actionnement distincts; mais il sera cependant plus avantageux de les mettre tous en oeuvre par un mécanisme d'actionnement unique puisque lesdits clapets doivent tous entrer en action au même instant.
C'est ainsi que l'on pourra prévoir, pour commander chacun des susdits clapets, un système cylindre-piston dont le piston puisse lorsque désiré, être soumis, sur l'une des es fa- ces, à l'effet d'air comprimé ou semblable s'exerçant contre l'action d'un système élastique agissant en permanence, ces di-
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-2-- "' à-- vers dispositifs de commande étant faits tels que leur système /4a-,4,- /=.a.:;fi <,-. , .'l' ... ¯ / f ;1J. - .{!.z.,, élastique tende à maintenir fermé le clapet sur lequel il agit' !J r l r a- W rs C3 '- rÍ&/;e{9+at"e:,-Jfr lequel agit, pour ce qui est des clapets 4 49 et 20 et'inversement pour ce qui est du clapet 53.
Il suffira, alors, de relier chacun des susdits cy- lindres, par des canalisations appropriées, avec une unique tubulure d'air comprimé 54 (pouvant être constituée par la sus- .dite tubulure 5 elle-même), et de prévoir sur cette tubulure un robinet de commande 55 pour que, par une seule manoeuvre dece robinet, on puisse actionner les quatre susdits groupes de cla- pets, donc provoquer le fonctionnement visé.
Comme il va de soi, et comme il ressort d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne'se limite aucunement à
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celui de ses modes, d'application, non plus qu'à ceux des modes- de réalisation de ses diverses parties ayant été plus particuliè rement envisagée; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.
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". Improvements made to the means for starting up loto-compressors with free opposed pistons".
The invention relates to. means for starting motor compressors with opposed free pistons, of the kind of two in which the return of the pistons occurs, in normal operation, under the effect of the expansion, on the one hand, of a gas' contained in compensation mattresses, and, on the other hand, the remaining air, under compression, in the compressor cylinders.
Its aim, above all, is to achieve in such a way? said means, which they respond better than hitherto to the desiderata of practice and, in particular, that they ensure, in addition to the actual start-up, satisfactory operation during the period of filling the tanks, as well as during the heating period of the motor-compressor.
The operation of motor-compressors of the kind in question during these periods poses, in fact, new conditions generally non-existent in machines whose pistons are provided with a kinematic link ensuring the trans-.
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mission of the power produced and imposing on said pistons given displacements.
With said motor-compressors, the return of the pistons being ensured by compensating mattresses, it is necessary to properly adjust the energy of these mattresses, either that this energy must remain constant, or that it must vary between defined limits.
The invention consists mainly in constituting the means of the type in question, at the same time in providing a clean auxiliary tank '@ to be charged with compressed gas (for example air) and then to be placed in communication with the compensation mattresses. of the motor-compressor, to ensure starting - at. give this reservoir such a capacity, and charge it with gas at a pressure itself such that, when placed in communication with the compensation mattresses to cause starting, the gas contained in said reservoir expands until a pressure sufficient to ensure the correct return of the pistons, during the start of the operation of the motor compressor, that is to say until the flow rate of the compressor cylinders is established.
It consists, apart from this main provision, of certain other provisions, which are preferably used at the same time and which will be discussed more explicitly below, in particular: in a second provision consisting of, in motor-compressors of the type in question, to provide means for restricting the discharge of the compressor cylinders (or even at least some of said cylinders if the compressor has several stages) capable of coming into action. momentarily for certain values of the pressure prevailing in the tank where the discharge occurs below the normal operating pressure;
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and in a second 'consistent' dipition1, to bring ".r¯ .. .. t / ':
.... the pistons of motor compressors of the type in question to a
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substantially immutable position near the dead points, on the outside, with a view to starting later, including said arrangement, to provide means for causing a compressed gas to act on the rear faces of at least some of the compressor pistons .
It relates more particularly to a certain mode of application, as well as certain embodiments, of said provisions; and it relates more particularly still and this by way of new industrial products, the means of the kind in question comprising application of the said provisions, the special elements specific to their establishment, the motor-compressors comprising the application of the said means, as well as the assemblies, stationary or mobile, in particular motor vehicles such as locomotives, comprising such motor-compressors.
And it can, in any event, be clearly understood with the aid of the additional description which follows, as well as the appended drawings, which supplement and drawings are, of course, given above all by way of indication.
FIG. 1 of these drawings shows, in partial axial section sché..atique, a single-stage free-piston motor-compressor comprising, for its start-up, means established in accordance with the invention.
Fig. 2, shows, similarly to FIG. 1, a two-stage free piston motor compressor comprising, for its part, also means established in accordance with the invention.
Figs. 3 to 6 represent four diagrams of the pressures as a function of the strokes in the various capacities of variable volume of the motor-compressor shown in fig. 2.
Fig. 7 shows a variant of one of the organs in section at a larger building. of the compressor shown in fig. 2.
Figs. 8 and 9 show, also more garande
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scale, respectively in cross section and in section according to x-x fig. 8, a variant of another of the members of the same compressor.
Fig. 10, finally, represents, similarly to FIGS. 1 and 2, a two-stage free-piston motor-compressor comprising starting means again established in accordance with the invention.
According to the invention, and more particularly according to its modes of application, as well as those of the embodiments of its various parts, to which it seems that preference should be given, having of a motor-compressor with free pistons comprising, as is known, an engine cylinder 1 on either side of which the compressor cylinders are arranged, two groups of pistons suitable for coacting with the aforesaid cylinders, as well as mattresses compensation 2, for example placed, in normal time, under the discharge pressure of the compressor and dimensioned in such a way, taking into account the dead spaces of the compressor cylinders, that the device is balanced. for all speeds to operate normally once the delivery pressure has been established,
and proposing to provide this motor-compressor with 'starting means, the procedure is as follows, or similarly.
An auxiliary tank 3 is provided, suitable for being charged with compressed gas (for example air) and for being subsequently placed in communication with the mattresses 2, this tank to which a capacity is given, and which is charged with gas. at a pressure itself such that, when said reservoir is placed in communication with the aforesaid mattresses to cause starting, the gas contained therein expands to a pressure sufficient to ensure the correct return of the pistons, during the start of the operation.
In order to simplify the starting maneuver, provision is made, in order to load the tank 3, advantageously; as well as
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to open the communication between said reservoir and the mate-, las 2, a device which is formed by using a three-way valve 4 capable of communicating a pipe 5 for compressed air supply, either, by a conduit 6, with the reservoir 3, or, via a conduit 7, with an apparatus capable of opening communication between said reservoir 3 and the mattresses 2 when the compressed air reaches said apparatus.
This apparatus is, for example, formed by feeling, in a small cylinder, a piston 8 coupled to a valve 9 capable of opening or closing said communication depending on the position it occupies, by providing for example a spring 10 to tension to keep the valve 9 closed, and by causing the aforesaid duct 7 to open into the aforesaid small cylinder at a -place such that, when the pressure is transmitted through said duct 7, the piston 9 compresses the spring 10 and the valve 9 opens the communication between the reserve 3 and the compensation mattresses 2.
It is conceived that then an operation of the valve 4 will suffice to charge the reservoir 3 and a second operation to bring about the abrupt approach of the pistons, from which the first dombustion will result.
Due to the large capacity of the reservoir 3 compared to that of the mattresses 2, the pressure in the said mattresses will vary little during the stroke of the pistons and this pressure will always remain sufficient to ensure by itself the correct return of the elements. is essential, the dead spaces of the pistons not yet supplying any energy.
But, after a few cycles, the pressure in the discharge (towards the reservoir 11) begins to increase. The energy of the dead space mattresses is then added to the energy of the mattresses 2 and it becomes essential that the pressure in said mattresses 2 drop. For this purpose, as already said, the mattresses are given dimensions
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such that proper operation in stable conditions is ensured, the pressure which is made to reign in the reservoir 3 as well as the capacity of this reservoir is chosen in such a way that the initial pressure reigning in the mattresses 2 during the launch of the pistons is appreciably greater (for example by 15 kilograms) than the normal discharge pressure of the compressor, and suitable means are provided to lower, preferably gradually,
the pressure prevailing in said mattresses 2 from said initial pressure to said normal pressure when the discharge pressure increases to reach its normal value, whereby it can be achieved that the total energy for the return of the pistons always correctly ensure said return during the transitional period from the first combustion until a stable speed is obtained.
These latter means are advantageously produced by having recourse to a shutter arranged between a conduit 12 connected to the aforesaid auxiliary reservoir 3 and a conduit 13 connected to the said reservoir 11, the shutter whose opening is automatically controlled by the pressures prevailing in these two. reservoirs, or even additionally, in the case of multistage compressors, by the pressure (or pressures) prevailing in the lower stage (or lower stages) of the compressor.
In the simple case of a compressor delivering directly into the reservoir 11, the aforesaid shutter can be produced as shown in FIG. 1, which shows, by way of example, a single-stage compressor.
According to this embodiment, there is provided, between the conduits 12 and 13, a piston-valve 14 maintained in the closed position, for example by a spring 15, preferably adjustable, and this piston-valve is connected to one, two piston. stages 16 and 17 s which are made to act, in the direction tending to pro-
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refer to the opening of the piston-valve, on the one hand, on the small piston 16, the pressure prevailing in the mattresses 2, which is supplied by a tube 18, and, on the other hand) on the gaand annular piston 17, the pressure prevailing in the reservoir 11 or in the delivery pipe, which is supplied by a tube 19, the assembly being made such that the pressure exerted,.
during launching, on the piston 16, is insufficient to open the valve piston against the action of the spring 15, but that, when an increasing pressure is exerted on the piston 17, said piston opens progressively by so as to achieve as rigorous a compensation as required for the correct functioning of the motor-compressor.
In the more complex case of a compressor delivering normally through the mattress 2, said mattress then being connected by tube 12 to the aforesaid shutter, the latter member can be produced as shown in FIGS. 2 and 10, which show, by way of example, two-stage compressors.
According to this embodiment, the air outlet pipe of the compressor is connected to the compensation mattresses 2, by a valve 20 allowing the air to pass only to said mattresses, which can be achieved, or either by arranging said valve between the aforesaid air outlet and the pipe 21 connecting the reservoir 3 to the mattresses, or else by placing this valve between the air outlet and the reservoir 3 itself, in which case it is possible to place , as shown in FIG. 2, said reservoir 3 in a reservoir 22 supplied directly by the last stage of the compressor.
As indicated above, there is provided between the ducts
12 and 13, a piston-valve 14 maintained in the closed position, for example by a spring 15, preferably adjustable, and this piston-valve is connected to a three-stage piston 23, 24, 25, on which one makes act , in the sense tending to pro-
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evoke the opening of the piston-vale, on the one hand, on the small piston 23, the pressure prevailing in the mattress 2, which is, brought by a tube 18, on the other hand, on the piston 24, the pressure prevailing at the outlet of the high pressure cylinders, which is supplied by a tube 19, and, on the other hand, finally, on the large piston 25, the pressure prevailing at the outlet of the low pressure compressor cylinders, which is supplied by a tube 26,
the assembly being made such that the operation of the piston valve 14 is the same as in the case studied above or the compressor does not deliver through the mattresses 2. In the latter case, moreover, if the compressor was at n stages (eg 2), the multistage piston actuating said piston-valve could be n + 1 stages (eg three).
Although the shutter constituted by the piston-valve and its control means can be produced as has just been indicated, it can also be established by resorting to other embodiments, in particular to the one shown. by freezing 7 and according to which the procedure is as follows, in the case taken by way of example, of a two-stage compressor.
Provision is made for a three-stage piston 23, 24, 25 analogous to that in question, tubes 19 and 26 suitable for conducting, under the large pistons 24 and 25 the pressure lines as those indicated above, and a spring 15 tending to push the aforesaid piston back, the compression of this spring being able to be modified, for example by a knurled screw 27.
The conduit 12 is opened under the small piston 23, whereby it is unnecessary to have recourse to the conduit 18, the outlet of said conduit 12 being disposed in a chamber 28.
Is arranged in such a way, said small piston 23 and
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its cylinder that, when the piston rises sufficiently, it makes the chamber 28 communicate with a chamber 29 communicating with the aforesaid conduit 13, whereby the connection is made between the conduits 12 and 13.
And a piston-valve 30 is established controlling the direct communication between the chamber 28 and the duct 13, this piston-valve being kept closed by a spring 31 and by an external pressure exerted on one. faces of a piston
32 connected to said piston-valve, the other face of said piston being subjected to the pressure prevailing in duct 13.
This is how the following operation is carried out.
When the motor-compressor is still cold, which leads to a notable increase in passive resistances, it is in the interest of increasing the return energy and keeping the pressure of the compensation mattresses high, even when the tanks are no longer empty. . To this end, the control 27 is acted upon which, by compressing the spring 15, causes a delay in the lifting of the pistons 23, 24, 25.
When, on the contrary, the motor-compressor operates normally, it is advantageous to reduce the pressure drops in the flow of compressed air. To this end, the external pressure on the piston 32 is removed, the piston-valve 30 is lifted by the action of the lower pressure on the piston 32 and the compressed air passes directly from there.
chamber 28 in duct 13 through the opening discovered by piston-valve 30.,
Advantageously, in addition to the devices which have just been described, the motor-compressor is provided with means capable of creating, at the discharge of at least one stage of the compressor, a constriction which is all the less important than the prevailing pressure. in the reservoir supplied by said stage is stronger, which means, automatically implemented by the aforesaid pressure, can advantageously also be controlled by hand.
These means are realized, for example, as well as
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felt fig. 2 and 10 or said means are shown applied to the first stage of a two-stage compressor, that is to say; by mounting, on the delivery pipe of the stage in question, before the intermediate tank 33, a register 34; and by providing, in order to actuate this register against the action of a spring 35 tending to keep it closed, a piston 36 subjected on one of its faces to the pressure prevailing in the reservoir 33.
Said means can also be produced as shown in FIG. 8 and 9, that is to say by providing, to control the communication between the discharge valves and a chamber 37 communicating with the aforesaid intermediate reservoir 33, a piston-valve 38 whose side walls are subjected to the pressure of discharge and are pierced with calibrated passages 39, and which is pushed back towards its seat 40 by a spring 41 tending to keep it closed, and by making the internal zone of said seat communicate with the aforesaid chamber 37, whereby, when, at start-up, the pressure is low in the chamber 37, the piston-valve remains closed;
but, as soon as the backflow begins, air passes through the passages
39 and the pressure rises in the chamber 37 until, this pressure becoming sufficient and continuing to increase, it progressively lifts the piston-valve against the action of the spring 41.
whatever the embodiments chosen for the various members of the apparatus, the operating mode of the assemblies just described is as follows, the diagrams of FIGS. 3 to 6 making it easier to understand.
In these figures, the diagrams in solid lines correspond to the first cycles respectively in the mattresses 2 (fig. 3), in the high pressure cylinders (fig. 4) and in the low pressure cylinders (fig. 6),
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the dotted diagrams correspond to the syivant cycles in the same organs and respectively on the fig.
3, 4 and 5, and the phantom diagrams correspond to the normal cycles in the same organs and in the same figures as the previous ones.
Assuming that the first combustion has taken place, during the first power stroke, because the tanks 22 and 33 are at atmospheric pressure, the register 34 almost completely closed creates a significant pressure drop in the gasket. flow of compressed air from the 1st stage. The piston-valve 14, only subjected to the pressure of the starting air on the small piston 23, keeps the communication between the conduits 12 and 13 completely closed, due to the dominant action of the spring 15. At the end of the first power stroke, all the energy of combustion has been absorbed in work of the mattress at constant pressure, in air compression work in the first stage (absorbed by pressure drop in register 34) and in friction work.
The variation in volume of the mattresses 2 being small compared to the sum of the capacities communicating with them, the /, pressure in said mattresses has varied little and the work absorbed by them is represented in fig 3 by the surface m, n , p, q. The work of the first stage is shown in fig. 6 by h, i, j, and the work of the second stage (fig. 4) is substantially zero. The return work is much the same as at startup, as the 1st floor dead space mattress provides very little energy.
During the following strokes, as the pressure increases in the reservoirs 22 and 33, the register 34 and the piston-valve 14 open, the pressure of the pressure mattresses.
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constant pressure decreases, ml, Do 1, however the diagrams in compressor capacities become h1, i1, j1 for the first stage and l1, g1, k, r1 for the 2nd stage; the energy of the compensation mats has therefore decreased while the energy of the dead space matresses has increased.
Finally when the machine has reached
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dies its speed, the register 34 and the shutter 14 are completely opened by the action of the pressure prevailing in the s.
2 2 servings; the diagrams are then m, n p q for the compensation mattresses, 12 g2, k2, r2 for the second stage capacities and h1, i2, for the first stage capacities s. In addition, the valve 20 opens for the passage of air to the mattresses, the conduits 12, 13 and, finally, the reservoir 11. The reservoir 3 then acts as a damping reservoir, so that the pulsations produced in the flow by the reciprocating movement of the pistons are damped at the outlet of said reservoir 3 and at the inlet of the compensation mattresses.
In the foregoing, it has been assumed that, at the time of starting, the engine pistons were in the vicinity of their external dead centers.
To achieve this condition, the motor-compressor to be set up is advantageously arranged in such a way that, with a view to proceeding subsequently to starting, the pistons are brought to a substantially immutable position in the vicinity of the aforesaid external dead points by a compressed gas acting on the s rear face of at least some of the compressor pistons.
Although compressed air from any suitable source can be used to ensure the displacement in question, it seems particularly advantageous, however, when the motor-compressor has been established as it has just been. ie, to use either the air which is, after stopping the motor-compressor in the intermediate tanks 33, and in the high pressure compressor cylinders, or in the mattresses 2 and the conduits 12 communicating with said mattresses, or the air being, for example, after a failure of the cement, in the mattresses 2 and the auxiliary reservoir 3, this air being, as already said, at a pressure higher than the normal delivery pressure.
For this purpose, it will suffice to provide at least one valve
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42 suitable for putting in communication, by a duct 43, the capacitors 44 located for example behind the low pressure compressor pistons, with a chamber 45 itself connected, on the one hand directly, by a duct 46 with the duct 12 (therefore with the mattresses 2), and, on the other hand, with the interposition of an automatic valve 47 preventing the exit of air from the chamber 45, with the delivery chambers 48 high pressure compressor cylinders.
It will be understood that then, when the valve 42 is opened, thus making the chamber 45 communicate with the capacities 44, if, for example the motor-compressor has only just stopped and if it is desired to prepare it without further delay for its later restarting, the compressed air in the chambers 48 as well as in the mattresses 2 and in the conduits 12 and 46 will relax in the aforesaid capacities 44 thus tending to separate the pistons from one another , then, when this air has reached the pressure prevailing in the intermediate tank 33, the air contained in the latter tank will pass through the chambers 48 to in turn relax, in the capacities 44.
If now, for example following a misfiring, the intermediate tank 33 is emptied, the air contained in the mattresses 2 is at a sufficient pressure to ensure only the positioning of the pistons by its relaxation in the capacities 44 where it is directed by the conduit 43 thanks to the opening of the valve 42.
Of course, if no suitable device was provided, the air in the compression chambers of the low-pressure displacement would tend to oppose the movement of the pistons.
It is advantageous to provide valves 49 or similar that are established in the wall of the Ba-ue Mescion compressor cylinders and to provide these valves with means such
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that they can be opened when desired.
Said valves will preferably be placed in places such that they allow the air discharged by the low pressure compressor pistons to escape to the atmosphere until said pistons reach the vicinity of their external dead point. -'eur, but that, on the other hand, from a certain position of said pistons, they are blocked thus trapping a mattress which stops the pistons without shock in the desired position.
If, for this position of the pistons, the valves 49 are found to communicate with the capacities 44, it will be understood that the air having expanded in these capacities can also be evacuated towards the atmosphere.
It should be noted that, in some of the compressors of the type in question, the capacitors 44 serve to compress at least part of the purging air and for this purpose are communicated by discharge valves 50 or more. similar with a capacity 51 communicating with the openings 52 for air inlet in the engine cylinder.
In the case of compressors of this type, it will be necessary. If it is desired to be able to bring compressed air behind the low pressure compressor pistons intended to separate the pistons from one another, to provide means such as valves 53 allowing either 'interrupt the connection between the capacity 51 and the slots 52 during the maneuver of spacing the pistons, or to keep the discharge valves 50 closed during this same maneuver.
Finally, in all cases where the auxiliary reservoir 3 will communicate with the discharge of the compressor (for example with the reservoir 22) by a valve 20, means will advantageously be provided making it possible to keep said valve closed while the procedure is carried out. when filling said reservoir 3, which, in normal operation, is at the re-
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hiss of the compressor, so that the valve 20 has no tendency to close being subjected to the same pressure on both sides.
It would, of course, be possible to provide these means by a spring or the like continuously tending to keep the valve 20 closed. But this spring would be a cause of pressure drop during the whole operation which it is advantageous to eliminate.
Of course, in order to constitute the control means of the various valves 42, 49, 53 and 20, recourse may be had to any suitable embodiment.
It is possible, for example, to provide, for each of these valves, separate actuating devices; but it will however be more advantageous to use them all by a single actuating mechanism since said valves must all come into action at the same time.
Thus, to control each of the aforesaid valves, a cylinder-piston system can be provided, the piston of which can, when desired, be subjected, on one of the faces, to the effect of air. compressed or similar acting against the action of a permanently acting elastic system, these di-
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-2-- "'to-- to control devices being made such as their system / 4a-, 4, - /=.a.:;fi <, -., .'L' ... ¯ / f; 1J. -. {!. z. ,, elastic tends to keep closed the valve on which it acts '! J rlr a- W rs C3' - rÍ &/; e {9 + at "e:, - Jfr which acts, as regards the valves 4 49 and 20 and conversely for the valve 53.
It will suffice, then, to connect each of the aforesaid cylinders, by suitable pipes, with a single compressed air pipe 54 (which may be constituted by the aforesaid pipe 5 itself), and to provide on this tubing a control valve 55 so that, by a single operation of this valve, the four aforesaid groups of valves can be actuated, and therefore cause the intended operation.
As goes without saying, and as it is moreover already clear from what precedes, the invention is not limited to
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that of its modes of application, nor to those of the embodiments of its various parts having been more particularly considered; on the contrary, it embraces all the variants.