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" PERFECTIONNEMENTS AUX 'COMPRESSEURS A PISTONS. "
La présente invention oonoerne les compresseurs à pis- tons, c'est-à-dire les machines dans lesquelles le fluide gazeux comprimer est introduit dans un cylindre et refoulé par le mouvement d'un piston. Dans les compresseurs de ce genre, la vitesse est limitée par divers facteurs et notamment par les difficultés de remplissage des cylindres et d'évacuation du fluide gazeux comprimé, aux grandes allures.
Llinvention a pour but de remédier à,ces difficultés et se caractérise en ce que l'introduction du fluide gazeux dans la chambre de travail a lieu par des lumières ménagées dans le cy- lindre, au voisinage du point mort bas du piston et le remplissage a lieu en deux phases : - Une première phase dans laquelle le gaz pénètre dans le cylindre à travers une chambre étanche ménagée dans le piston et des clapets prévus sur le fond de ce dernier.
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- Une seconde phase dans laquelle le fond de piston, vers son point mort bas a dégagé les lumières d'admission.
Le refoulement a lieu à la remontée du piston à travers un ou plusieurs orifices, contrôlés par des clapets automatiques, de sorte que pendant tout le cycle imposé au gaz, celui-ci conserve un sens de'déplacement constant, parallèle en principe à l'axe du cylindre et dirigé vers le fond de celui-ci.
Les clapets prévus sur le fond de piston peuvent être au- tomatiques ou commandés.
Dans une forme de réalisation, le piston comporte deux parties extrêmes cylindriques de hauteur réduite agencées pour assurer le guidage et l'étanchéité dans le cylindre et réunies entre elles par des nervures qui isolent du carter la chambre in- terne du piston et portent les bossages de liaison avec le pied de bielle motrice.
Lorsque le piston ne comporte qu'un clapet sur son fond, les nervures qui constituent chapelle de clapet sont agenoées pour que le gaz introduit dans la chambre interne du piston soit réparti sur tout le pourtour du clapet. Dans le cas d'un clapet commandé, la commande est assurée par une came portée par le pied de bielle tourillonné sur l'axe du piston.
Le refoulement du gaz comprimé a lieu à travers des cla- pets multiples dont les sièges sont répartis sur le fond de oy- lindre, ce fond étant constitué par une oapsule ou cuvette indé- pendante qui coiffe le prolongement supérieur d'une chemise du cylindre et se bloque par une embase périphérique entre une par- tie supérieure du corps de cylindre et une culasse de refoulement.
Les clapets de refoulement sont constitués par des soupapes ou des cuvettes embouties rappelées par des ressorts qui s'épaulent sur des semelles pourvues de pattes qui se fixent par un montage du genre baïonnette à des oreilles prévues sur le siège rapporté sur le fond de cylindre.
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Les dessins annexés représentent, à titre d'exemples seu- lement, des formes de mise en oeuvre de l'invention.
Les figures 1 à 4 sont des schémas explicatifs du cycle de compression montrant en coupe un cylindre et le piston en dif- férents points de sa course.
La figure 5 est, à plus grande échelle, une coupe axiale partielle d'un cylindre et de son piston, par un plan perpendicu- laire au pied de bielle.
La figure 6 est une coupe du piston par un plan conte- nant l'axe du pied de bielle.
La figure 7 est une coupe axiale d'une variante d'exé- cution du clapet prévu sur le fond du piston.
La figure 8 est une demi-vue en plan correspondante.
Les figures 9 et 10 sont des vues perspectives, avec arrachements, de réalisations de soupapes ou clapets de refoule- ment prévus sur le fond de cylindre*
La figure. 11 est une coupe axiale d'ensemble d'un pis- ton aveo clapet commandé.
Lai figure 12 est une coupe transversale partielle sui- vant la ligne XII-XII de la figure 11.
Comme indiqué plus haut, les compresseurs perfectionnés conformément à l'invention sont conçus pour travailler à grand régime, en vue d'applications très générales. Ces compresseurs peuvent constituer, par exemple, des groupes moto-compresseurs d'industrie, fixes ou portatifs, ou être appliqués à la suralimen- tation des moteurs à explosions, pour l'aviation et l'automobile not amment.
Une des conditions propres à la réalisation de ce pro- gramme est l'obtention d'un remplissage satisfaisant des cylindres et d'une évacuation rapide du gaz comprimé. Selon l'invention,
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les compresseurs sont organisés de façon que le courant de gaz pendant l'aspiration ou l'introduction dans le cylindre et la com- pression et le refoulement, se déplace à sens oonstant, pour évi- ter tous effets d'inertie, tous choos et remous préjudiciables, ce sens étant celui de l'écoulement direct de l'entrée dans le cylin- dre à la sortie.
A cet effet, on adopte la disposition de principe schéma- tisée aux figures 1 à 4. Le piston présente deux portées cylin- driques 1 et la qui s'ajustent dans l'alésage du cylindre 2, l'étanchéité étant assurée par les segments connus, ou, dans cer- tains cas, par des gorges de détente, ou par ces deux moyens combi- nés. Une chambre interne étanche est ainsi ménagée dans le piston.
Elle est fermée à sa partie supérieure, par le fond 3 et, à sa partie inférieure, par une paroi 4 qui forme cloche à concavité tournée vers l'arbre moteur, le fond de cette cloche étant relié au fond 3 du piston par des nervures 5, largement ajourées pour le passage du gaz, comme il sera expliqué plus loin. Des bossages 6 sont ménagés dans la paroi ou cloche 4 pour le mon- tage de l'axe de piston 7 sur lequel s'articule le pied de la bielle 8 reliée à un arbre moteur entraîné par toute source de puissance appropriée.
Sur le fond 3 du piston est prévu un siège pour un cla- pet automatique 9 rappelé par un ressort 10 taré de façon qu'il permette la levée de la soupape pour une faible différence de pression entre la chambre du piston dite "chambre d'admission" et la chambre de travail dans le cylindre. Le refoulement du gaz hors du cylindre a lieu à travers le fond de cylindre sur lequel sont prévus des clapets automatiques 11. L'introduction du gaz a lieu à travers des lumières 12 réparties sur le pourtour du cylindre au voisinage du point mort bas du piston, ces lumières étant en liaison avec un collecteur commun 13 dans lequel le gaz est admis en 14.
Le fonctionnement est le suivant :
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Le piston étant à son point mort haut, descend vers son point mort bas ; lesclapets 11 sont fermés et la pression s'a- baisse dans le cylindre, la chambre interne du piston étant en communication aveo les lumières d'admission 12 est à la pression d'introduction des gaz qui, dans un compresseur à étages, peut être supérieure à la pression atmosphérique. Lorsque la pression dans la chambre de travail du cylindre est assez basse, le clapet 9 se soulevé et les gaz pénètrent dans la dite chambre en suivant le sens des flèches (figure 2).
Vers le point mort bas, le fond du piston démasque les lumières 12 qui communiquent alors avec la chambre de travail du cylindre et l'entrée d'air a lieu directement dans le cylindre, les molécules se déplaçant en principe parallèlement à l'axe de ce dernier. Cette phase du cycle constitue une particularité avantageuse de l'invention. Sans rompre la continuité du flux, elle masque un court instant les lumières 14, ce qui a pour effet de transformer en pression l'énergicinétique de la oolonne de gaz en mouvement dans la conduite d'aspiration. Dès que les lumières 14 sont de nouveau démasquées, l'air à pression élevée pénètre en se détendant, à grande vitesse, dans le cylindre dont le rem- plissage est alors complet.
Lorsque le piston remonte, le clapet 9 se ferme et le gaz est refoulé à travers les clapets Il (figure 4), sans que ses veines aient subi des chocs et des changements brusques de direc- tion. Cette particularité du cycle selon l'invention est sur- tout avantageuse en ce qu'elle permet de travailler à grandes vitesses.
Dans la réalisation industrielle montrée par les figures 5 et 6, le cylindre 2, en acier, comporte une fourrure externe 2e aveo ailettes de refroidissement par air. Cette fourrure peut être en alliage léger. Le fond 2f est constitué par une cuvette qui coiffe la partie supérieure du cylindre sur laquelle elle s'épaule en 2g et elle est bloquée par serrage, au moyen de boulons ou prisonniers, d'une culasse 2h qui comporte la
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tubulure de refoulement 2i. La fourrure 2e comporte la tubulu- re d'introduction 2j du gaz à comprimer dans un collecteur qui répartit ce gaz dans les lumières ménagées dans le cylindre.
On voit qur le piston les parties 1 et la de guidage dans le cylindre, ces parties comportant des gorges lb pour des segments d'étanchéité. La chambre d'admission 1 dans le piston est limitée par la paroi en cloche 4 et le fond 1d. Ce dernier est rattaché à la cloche par des nervures 1e qui sont ajoutées et ménagent entre elles des passages suffisants pour permettre au gaz d'accéder au clapet d'équilibrage 9 rappelé par ressort 9a sur un siège 9b rapporté par vissage sur le fond 1d, Les bos- sages 1g pour l'axe de pied de bielle 7 renforcent la liaison entre la cloche et le fond 1d.
Les figures 7 et 8 montrent une variante d'exécution du clapet 9 sur fond de piston. Dans cette variante, le clapet est constitué par une cuvette d'acier 9 emboutie et perforée centralement. Cette cuvette est lestée par une masse de métal coulé 9c qui peut être dressée sur sa face supérieure pour re- cevoir l'appui d'un ressort en spirale 9a. La cuvette 9 s'ap- puie par son bord sur un siège annulaire 9d ménagé sur le fond d'une pièce 9b rapportée et bloquée par vissage en 9c sur le piston 1. Le ressort 9a s'épaule sur le fond d'un ohapeau 9f vissé dans un taraudage 9g de la pièce 9b. Ce fond est perforé de lumières 9h régulièrement réparties, à travers lesquelles le gaz pénètre dans la chambre de travail.
Ce clapet a l'avantage, du fait de sa saillie inférieure à convexité aérodynamique, d'orienter le gaz vers le passage an- nulaire sur le pourtour du siège, sans chocs ni remous.
Un seul clapet de refoulement peut être prévu sur le fond de cylindre, mais il est préférable de recourir à des clapets mul- tiples régulièrement répartis sur oe fond comme c'est le cas pour la figure 5.
Ces capets peuvent être du type soupape comme dans le cas de la réalisation montrée par la figure 9. Chaque soupape 11
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stappuie sur un siège 11a rapporté par vissage dans un trou taraudé du fond de cylindre. Ce siège est pourvu d'un certain nombre (trois par exemple) d'oreilles 11b qui se prolongent au- dessus de la face supérieure du fond de cylindre et sont entaillées en 11 de façon à permettre d'y ancrer, par rotation autour de l'axe de la soupape, les extrémités inférieures lld de pattes 11e d'une pièce ou étrier 11f. La semelle supérieure de cette pièce sert d'appui au ressort de rappel 11g, elle comporte un canon 11h de guidage de la queue de soupape.
Dans la réalisation de la figure 10, qui est celle adop- tée sur la figure 5, les clapets de refoulement 11 sont cons- titués par des cuvettes embouties rappelées sur le siège lla par un ressort Ils qui s'épaule sur un étrier llf analogue en principe à celui de la figure 9 et comme lui ancré sur les oreilles 11b du siège.rapporté 11a. Les mêmes références dé- signent les mêmes parties ou les parties qui se correspondent, sur les deux figures 9 et'10.
Pour les compresseurs à grand volume de la cylindrée, il est avantageux de substituer au clapet automatique placé sur le fond du piston, un clapet positivement commandé. A cet égard, l'invention concerne en propre, un dispositif de commande qui a l'avantage d'être peu encombrant et de ne pas présenter d'obsta- oles appréciables à la circulation d'air dans la cavité interne du piston.
Un exemple de réalisation de ce dispositif est montré par les figures 11 et 12. Le pied de bielle 12 est fendu axialement pour recevoir un collier 13 perforé pour le passage de l'axe 14 du piston et du coussinet 15. Ce collier est ainsi maintenu transversalement sur le pied de bielle ; il est immobilisé en rotation par @@@ appui de sa tranche 16 sur le fond correspondant de l'entaille pratiquée dans la tête de bielle.
Une camé 17 est prévue à la partie supérieure du collier 13 et agit sur un galet 18 tourillonné sur un axe 19 porté par une chape forcée et buté axialement dans l'alésage interne
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d'une tige centrale 20 du clapet 21. Cette tige est guiduée dans la bague 22 rapportée sur le piston et le clapet 21 est rappelé sur son siège 23 par un ressort 24 interposé entre une embase 25 de la bague 22 et une embase ou rondelle 26 rapportée sur la tige. Le montage représenté pour la rondelle 26 est connu ; ilcomporte une bague élastique fendue 27 conique extérieurement et retenue axialement par une bague ou jonc 28.
La commande du clapet 21 résulte des inclinaisons de la bielle. Pendant toute la remontée du piston, le clapet reste fermé ; il s'ouvre au voisinage du point mort haut, au début de la course de descente du piston et se referme au voisinage du point mort bas, vers la fin de cette même course.
L'invention ne vise pas spécialement les compresseurs monocylindriques. Elle s'applique évidemment aux compresseurs polycylindriques, quels que soient le nombre et la disposition des cylindres.
REVENDICATIONS
1 - Perfectionnements aux compresseurs e piston caracté- risés en ce que l'introduction du fluide gazeux dans la chambre de travail a lieu par des lumières ménagées sur tout le pourtour du cylindre au voisinage du point mort bas et se produit en deux phases - Une première phase dans laquelle le gaz pénètre dans le cylindre à travers une chambre étanche ménagée dans le piston et un ou plusieurs clapets prévus sur le fond de ce dernier.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"IMPROVEMENTS TO PISTON COMPRESSORS."
The present invention oonoerne piston compressors, that is to say machines in which the compressed gaseous fluid is introduced into a cylinder and discharged by the movement of a piston. In compressors of this type, the speed is limited by various factors and in particular by the difficulties of filling the cylinders and discharging the compressed gaseous fluid at high speeds.
The object of the invention is to remedy these difficulties and is characterized in that the introduction of the gaseous fluid into the working chamber takes place through openings made in the cylinder, in the vicinity of the bottom dead center of the piston and the filling. takes place in two phases: - A first phase in which the gas enters the cylinder through a sealed chamber formed in the piston and valves provided on the bottom of the latter.
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- A second phase in which the piston back, towards its bottom dead center, has released the intake ports.
The discharge takes place when the piston rises through one or more orifices, controlled by automatic valves, so that throughout the cycle imposed on the gas, the latter maintains a constant direction of displacement, parallel in principle to the gas. axis of the cylinder and directed towards the bottom thereof.
The valves provided on the piston base can be automatic or controlled.
In one embodiment, the piston comprises two cylindrical end parts of reduced height arranged to provide guidance and sealing in the cylinder and joined together by ribs which isolate the internal chamber of the piston from the housing and carry the bosses. connection with the driving rod small end.
When the piston has only one valve on its bottom, the ribs which constitute the valve chapel are arranged so that the gas introduced into the internal chamber of the piston is distributed over the entire periphery of the valve. In the case of a controlled valve, the control is provided by a cam carried by the small end journaled on the piston pin.
The delivery of the compressed gas takes place through multiple valves, the seats of which are distributed over the bottom of the cylinder, this bottom being constituted by an independent oapsule or bowl which covers the upper extension of a cylinder liner. and is blocked by a peripheral base between an upper part of the cylinder body and a delivery cylinder head.
The discharge valves are formed by stamped valves or cups recalled by springs which support each other on soles provided with lugs which are fixed by a bayonet-type mounting to lugs provided on the seat attached to the cylinder base.
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The accompanying drawings show, by way of example only, embodiments of the invention.
FIGS. 1 to 4 are explanatory diagrams of the compression cycle showing in section a cylinder and the piston at different points of its stroke.
FIG. 5 is, on a larger scale, a partial axial section of a cylinder and its piston, by a plane perpendicular to the connecting rod end.
FIG. 6 is a section through the piston on a plane containing the axis of the small end.
FIG. 7 is an axial section of an alternative embodiment of the valve provided on the bottom of the piston.
Figure 8 is a corresponding half-plan view.
FIGS. 9 and 10 are perspective views, with cutaway, of embodiments of discharge valves or flaps provided on the cylinder base *
The figure. 11 is an overall axial section of a piston with a controlled valve.
Figure 12 is a partial cross section taken along line XII-XII of Figure 11.
As indicated above, the improved compressors according to the invention are designed to work at high speed, with a view to very general applications. These compressors can constitute, for example, industrial motor compressor units, stationary or portable, or be applied to the supercharging of combustion engines, for aviation and the automobile in particular.
One of the conditions for carrying out this program is obtaining satisfactory filling of the cylinders and rapid evacuation of the compressed gas. According to the invention,
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the compressors are organized in such a way that the gas flow during the suction or the introduction into the cylinder and the compression and the delivery, moves in constant direction, to avoid any effects of inertia, any choos and detrimental eddies, this direction being that of the direct flow from the inlet to the cylinder to the outlet.
For this purpose, the principle arrangement shown in Figures 1 to 4 is adopted. The piston has two cylindrical seats 1 and 1a which fit into the bore of cylinder 2, the sealing being ensured by the segments. known, or, in certain cases, by trigger grooves, or by these two combined means. A sealed internal chamber is thus provided in the piston.
It is closed at its upper part, by the bottom 3 and, at its lower part, by a wall 4 which forms a bell with a concavity turned towards the motor shaft, the bottom of this bell being connected to the bottom 3 of the piston by ribs 5, largely openwork for the passage of gas, as will be explained later. Bosses 6 are formed in the wall or bell 4 for mounting the piston pin 7 on which the bottom of the connecting rod 8 is articulated, connected to a motor shaft driven by any suitable power source.
On the bottom 3 of the piston is provided a seat for an automatic valve 9 returned by a spring 10 calibrated so that it allows the valve to be lifted for a low pressure difference between the chamber of the piston known as the "pressure chamber". intake "and the working chamber in the cylinder. The gas is discharged from the cylinder through the cylinder base on which automatic valves 11 are provided. The gas is introduced through openings 12 distributed around the perimeter of the cylinder near the bottom dead center of the piston. , these lights being in connection with a common manifold 13 in which the gas is admitted at 14.
The operation is as follows:
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With the piston at its top dead center, descends to its bottom dead center; the valves 11 are closed and the pressure drops in the cylinder, the internal chamber of the piston being in communication with the intake ports 12 is at the gas introduction pressure which, in a stage compressor, can be greater than atmospheric pressure. When the pressure in the working chamber of the cylinder is low enough, the valve 9 is raised and the gases enter said chamber following the direction of the arrows (FIG. 2).
Towards bottom dead center, the bottom of the piston unmasks the slots 12 which then communicate with the working chamber of the cylinder and the air entry takes place directly in the cylinder, the molecules moving in principle parallel to the axis of this last. This phase of the cycle constitutes an advantageous feature of the invention. Without breaking the continuity of the flow, it masks the ports 14 for a short time, which has the effect of transforming the energicinetics of the gas column moving in the suction line into pressure. As soon as the ports 14 are again unmasked, the high-pressure air penetrates, expanding at high speed, into the cylinder, the filling of which is then complete.
When the piston rises, the valve 9 closes and the gas is discharged through the valves II (FIG. 4), without its veins having undergone shocks and sudden changes of direction. This particular feature of the cycle according to the invention is above all advantageous in that it makes it possible to work at high speeds.
In the industrial embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the cylinder 2, made of steel, comprises an outer fur 2nd with air cooling fins. This fur can be made of a light alloy. The bottom 2f is constituted by a cup which covers the upper part of the cylinder on which it rests in 2g and it is blocked by tightening, by means of bolts or prisoners, of a 2h cylinder head which comprises the
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delivery pipe 2i. The sleeve 2e comprises the tube 2j for introducing the gas to be compressed into a manifold which distributes this gas in the openings made in the cylinder.
It can be seen that the piston parts 1 and the guide in the cylinder, these parts having grooves lb for sealing rings. The intake chamber 1 in the piston is limited by the bell wall 4 and the bottom 1d. The latter is attached to the bell by ribs 1e which are added and leave between them sufficient passages to allow the gas to access the balancing valve 9 returned by spring 9a on a seat 9b attached by screwing to the base 1d, The bumps 1g for the small end pin 7 strengthen the connection between the bell and the bottom 1d.
Figures 7 and 8 show an alternative embodiment of the valve 9 on the piston base. In this variant, the valve consists of a steel bowl 9 stamped and perforated centrally. This bowl is weighted by a mass of cast metal 9c which can be erected on its upper face to receive the support of a spiral spring 9a. The cup 9 rests by its edge on an annular seat 9d formed on the bottom of a part 9b attached and blocked by screwing 9c on the piston 1. The spring 9a is supported on the bottom of a hat. 9f screwed into a thread 9g of part 9b. This bottom is perforated with regularly distributed 9 o'clock lights, through which the gas enters the working chamber.
This valve has the advantage, because of its lower projection with aerodynamic convexity, of directing the gas towards the annular passage on the perimeter of the seat, without shocks or swirls.
A single discharge valve can be provided on the cylinder base, but it is preferable to use multiple valves regularly distributed on this base as is the case in figure 5.
These caps can be of the valve type as in the case of the embodiment shown in FIG. 9. Each valve 11
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rests on a seat 11a reported by screwing in a tapped hole in the cylinder base. This seat is provided with a certain number (three for example) of lugs 11b which extend above the upper face of the cylinder base and are notched at 11 so as to allow anchoring therein, by rotation around the axis of the valve, the lower ends lld of lugs 11e of a piece or caliper 11f. The upper flange of this part serves as a support for the return spring 11g, it comprises a barrel 11h for guiding the valve stem.
In the embodiment of FIG. 10, which is that adopted in FIG. 5, the discharge valves 11 are constituted by stamped cups returned to the seat 11a by a spring Il which is supported on a similar caliper 11f in principle to that of Figure 9 and like him anchored to the ears 11b of the Seat.rapporté 11a. The same references denote the same parts or the parts which correspond to each other, in the two figures 9 and '10.
For compressors with a large cubic capacity, it is advantageous to replace the automatic valve placed on the bottom of the piston with a positively controlled valve. In this regard, the invention relates in its own right to a control device which has the advantage of being compact and of not having appreciable obstacles to the circulation of air in the internal cavity of the piston.
An exemplary embodiment of this device is shown in FIGS. 11 and 12. The small end 12 is split axially to receive a perforated collar 13 for the passage of the axis 14 of the piston and of the bearing 15. This collar is thus maintained. transversely on the small end; it is immobilized in rotation by the support of its edge 16 on the corresponding bottom of the notch made in the big end.
A cameo 17 is provided at the upper part of the collar 13 and acts on a roller 18 journalled on a pin 19 carried by a forced yoke and axially abutted in the internal bore
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a central rod 20 of the valve 21. This rod is guided in the ring 22 attached to the piston and the valve 21 is returned to its seat 23 by a spring 24 interposed between a base 25 of the ring 22 and a base or washer 26 attached to the rod. The assembly shown for the washer 26 is known; it comprises a split elastic ring 27 conical on the outside and retained axially by a ring or ring 28.
The control of the valve 21 results from the inclinations of the connecting rod. During the whole ascent of the piston, the valve remains closed; it opens in the vicinity of the top dead center, at the start of the downward stroke of the piston and closes in the vicinity of the bottom dead center, towards the end of this same stroke.
The invention is not particularly aimed at single-cylinder compressors. It obviously applies to polycylindrical compressors, whatever the number and arrangement of the cylinders.
CLAIMS
1 - Improvements to reciprocating compressors characterized in that the introduction of the gaseous fluid into the working chamber takes place through openings made all around the perimeter of the cylinder in the vicinity of the bottom dead center and occurs in two phases - A first phase in which the gas enters the cylinder through a sealed chamber formed in the piston and one or more valves provided on the bottom of the latter.
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