krótka historia maszyn i silników parowych

[posejdonek]

Maszyna parowa - silnik parowy to silnik cieplny o spalaniu zewnętrznym, który przekształca energię pary wodnej w pracę mechaniczną poprzez ruch posuwisto-zwrotny tłoka, a następnie obracanie wału. W szerszym znaczeniu, silnik parowy to każdy zewnętrzny silnik spalinowy, który przekształca energię pary wodnej w pracę mechaniczną, a zatem silnik parowy może również obejmować turbinę parową, która jest nadal szeroko stosowana w wielu dziedzinach inżynierii. "Kamień węgielny" rewolucji przemysłowej. Silnik parowy wraz z szeregiem maszyn i urządzeń pomocniczych nazywany jest elektrownią parową Silnik parowy mógł zostać stworzony i wykorzystany przez Ferdinanda Verbista około 1672 roku w jego wynalazku napędzanej parą zabawki wykonanej dla chińskiego cesarza. Pierwszy znany silnik parowy został zbudowany w XVII wieku przez francuskiego fizyka Denisa Papina i był cylindrem z tłokiem, który był podnoszony przez parę i opuszczany przez ciśnienie atmosfery po zagęszczeniu pary wylotowej. Na tej samej zasadzie zbudowane zostały w 1705 roku próżniowe maszyny parowe Severiego i Newcomena do wypompowywania wody z kopalń. Znaczące ulepszenia próżniowego silnika parowego zostały wprowadzone przez Jamesa Watta w 1769 roku. Dalsze znaczące ulepszenia silnika parowego (zastosowanie pary pod wysokim ciśnieniem zamiast próżni na suwie roboczym) zostały dokonane przez Amerykanina Olivera Evansa w 1786 roku i Anglika Richarda Trevithicka w 1800 roku.

W Rosji pierwszy działający silnik parowy został zbudowany w 1766 roku, w oparciu o projekt zaproponowany przez Iwana Połzunowa w 1763 roku. Maszyna Połzunowa miała dwa cylindry z tłokami, pracowała w sposób ciągły, a wszystkie działania w niej były automatyczne. Ale I.I. Polzunov nie musiał widzieć swojego wynalazku w pracy: zmarł 27 maja 1766 roku, a jego maszyna została uruchomiona w fabryce w Barnauł dopiero latem. Kilka miesięcy później, z powodu awarii, przestała działać, a następnie została zdemontowana. Silnik parowy wymaga do działania kotła parowego, ale każde źródło ciepła może być wykorzystane do doprowadzenia wody do pary nasyconej, a następnie przegrzania pary (niektóre silniki parowe działają również na parze nasyconej). Rozprężająca się para wywiera ciśnienie na tłok lub łopatki turbiny parowej, których ruch przenoszony jest na inne części mechaniczne.

Główną zaletą silników parowych jako silników o spalaniu zewnętrznym jest to, że ze względu na oddzielenie kotła od silnika parowego, można w nich wykorzystać niemal każdy rodzaj paliwa (źródła ciepła) - od drewna opałowego i kizyaku po reakcję łańcuchową rozszczepienia jakiegoś materiału rozszczepialnego, ciepło ze Słońca (z wykorzystaniem koncentratorów w postaci zwierciadeł parabolicznych) czy ogrzewanie ze źródła ciepła radioizotopowego.

To odróżnia je od silników spalinowych, z których każdy wymaga użycia określonego rodzaju paliwa. Ta zaleta jest najbardziej zauważalna w przypadku energii jądrowej, ponieważ reaktor jądrowy nie jest w stanie generować energii mechanicznej, a jedynie ciepło, które jest wykorzystywane do generowania pary napędzającej silniki parowe (zwykle turbiny parowe). Ponadto istnieją inne źródła ciepła, których nie można wykorzystać w silnikach spalinowych, takie jak energia słoneczna. Ciekawym kierunkiem jest wykorzystanie energii różnic temperatur między oceanami na różnych głębokościach, a także wykorzystanie ciepła geotermalnego.

Inne typy silników spalinowych, takie jak silnik Stirlinga, które mogą zapewnić bardzo wysoką wydajność, ale są znacznie cięższe i większe niż obecne typy silników parowych, również mają podobne właściwości. Podobne właściwości posiadają również inne typy silników spalinowych, takie jak silnik Stirlinga, które mogą zapewnić bardzo wysoką wydajność, ale są znacznie cięższe i większe niż nowoczesne typy silników parowych.


Lokomotywy parowe radzą sobie całkiem dobrze na dużych wysokościach, ponieważ ich wydajność nie spada, a raczej wzrasta z powodu niskiego ciśnienia atmosferycznego.Lokomotywy parowe są nadal używane w górzystych obszarach Ameryki Łacińskiej i Chin, mimo że na równinach zostały już dawno zastąpione przez bardziej nowoczesne typy lokomotyw napędzanych silnikami wysokoprężnymi.W Szwajcarii (Brienz Rothhorn) i Austrii (Schafberg Bahn) nowe lokomotywy parowe wykorzystujące suchą parę okazały się wydajne. Ten typ lokomotywy został opracowany na podstawie modeli Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) z lat trzydziestych XX wieku, z wieloma nowoczesnymi ulepszeniami, takimi jak zastosowanie łożysk tocznych, nowoczesna izolacja termiczna, spalanie lekkich frakcji oleju jako paliwa, ulepszone przewody parowe itp. W rezultacie takie lokomotywy parowe mają o 60 procent mniejsze zużycie paliwa i znacznie niższe wymagania konserwacyjne[wyjaśnienie]. Właściwości ekonomiczne takich lokomotyw parowych są porównywalne z nowoczesnymi lokomotywami spalinowymi i elektrycznymi.

Ponadto lokomotywy parowe są znacznie lżejsze od spalinowych i elektrycznych, co jest szczególnie ważne w przypadku kolei górskich. Osobliwością lokomotyw parowych jest to, że nie potrzebują one przekładni, przenosząc siłę bezpośrednio na koła.

Ważną zaletą tłokowych silników parowych jest zachowanie maksymalnego momentu obrotowego przy wszystkich obrotach, aż do najniższych. Daje to pojazdom napędzanym parą dynamikę nieosiągalną dla pojazdów z silnikami spalinowymi - pokonywanie wzniesień z dowolną prędkością, ekstremalnie wolna jazda, płynna jazda bez szarpnięć itp. Ważną zaletą tłokowych silników parowych jest utrzymywanie maksymalnego momentu obrotowego przy wszystkich prędkościach, aż do najniższych obrotów. Daje to pojazdom parowym dynamikę nieosiągalną dla pojazdów z silnikami spalinowymi - pokonywanie wzniesień z dowolną prędkością, bardzo wolna jazda, płynna jazda bez szarpnięć itp.


Dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu tłokowe silniki parowe nie potrzebują skrzyni biegów i przekładni redukcyjnej, przenosząc moc bezpośrednio na koła lub na mechanizm różnicowy osi napędowej. Prostota konstrukcji, łagodne warunki temperaturowe i niskie prędkości obrotowe charakterystyczne dla tłokowych silników parowych znacznie zwiększają ich żywotność, co zapewnia im wysoką niezawodność i trwałość.
Tłokowy silnik parowy jest zdolny do długotrwałych wysokich przeciążeń (do 100%), których nie są w stanie wytrzymać silniki spalinowe.
Tłokowy silnik parowy nie musi utrzymywać prędkości obrotowej na biegu jałowym i zużywa parę w ścisłej proporcji do obciążenia, co znacznie poprawia jego wydajność. W nowoczesnych, zautomatyzowanych kotłach wysokociśnieniowych, dopływ paliwa może być odcinany tak często, jak jest to pożądane, gdy tylko przepływ pary ustanie, a ponowne uruchomienie jest niemal natychmiastowe. Pierwsze znane urządzenie napędzane parą zostało opisane przez Herona z Aleksandrii w I wieku. Para wydobywająca się stycznie z dysz przymocowanych do kuli wprawiała ją w ruch obrotowy.

Prawdziwa turbina parowa została wynaleziona znacznie później, w średniowiecznym Egipcie, przez XVI-wiecznego tureckiego astronoma, fizyka i inżyniera Takiyuddina al-Shami. Zaproponował on metodę obracania rożna za pomocą strumienia pary skierowanego na łopatki przymocowane do obręczy koła. Podobna maszyna została zaproponowana w 1629 roku przez włoskiego inżyniera Giovanniego Branca do obracania cylindrycznego urządzenia kotwiczącego, które naprzemiennie podnosiło i zwalniało parę tłuczków w stupach. Przepływ pary w tych wczesnych turbinach parowych nie był skoncentrowany i duża część jego energii była rozpraszana we wszystkich kierunkach, co powodowało znaczne straty energii.

Silnik parowy został stworzony przez hiszpańskiego wynalazcę Jerónimo Ayans de Beaumont, którego wynalazki miały wpływ na patent Anglika T. Severi (patrz poniżej). Zasada działania i zastosowanie silników parowych zostały również opisane w 1655 r. przez Anglika Edwarda Somerseta; w 1663 r. opublikował on projekt i zainstalował napędzane parą urządzenie do podnoszenia wody na ścianie Wielkiej Wieży w zamku Raglan (wnęki w ścianie, w których zainstalowano silnik, były nadal widoczne w XIX wieku). Jednak nikt nie był skłonny zaryzykować pieniędzy na tę nową rewolucyjną koncepcję, a silnik parowy pozostał nierozwinięty.

Jednym z eksperymentów francuskiego fizyka i wynalazcy Denisa Papina było wytworzenie próżni w zamkniętym cylindrze. W połowie lat siedemdziesiątych XIX wieku w Paryżu, we współpracy z holenderskim fizykiem Huygensem, pracował nad maszyną, która wypychała powietrze z cylindra poprzez eksplozję prochu strzelniczego. Widząc niekompletność wytworzonej w ten sposób próżni, Papin, po przybyciu do Anglii w 1680 roku, stworzył wersję tego samego cylindra, w której uzyskał pełniejszą próżnię, wykorzystując wrzącą wodę, która skropliła się w cylindrze. W ten sposób był w stanie podnieść ciężar przymocowany do tłoka za pomocą liny przerzuconej przez koło pasowe. System działał tylko jako model demonstracyjny: aby powtórzyć proces, cała aparatura musiała zostać zdemontowana i ponownie złożona. Papen szybko zdał sobie sprawę, że aby zautomatyzować cykl, para musi być wytwarzana oddzielnie w kotle. Papen jest zatem uważany za wynalazcę kotła parowego, torując tym samym drogę dla silnika parowego Newcomena. Nie zaproponował on jednak projektu działającego silnika parowego. Papin zaprojektował również łódź napędzaną kołem z siłą reaktywną, łącząc koncepcje Taqi ad-Din i Severi; przypisuje mu się również wynalezienie wielu ważnych urządzeń, takich jak zawór bezpieczeństwa. Żadne z opisanych urządzeń nie zostało faktycznie zastosowane jako środek do rozwiązywania użytecznych problemów. Pierwszym silnikiem parowym wykorzystanym w produkcji był "silnik ogniowy" zaprojektowany przez angielskiego inżyniera wojskowego Thomasa Severiego w 1698 roku. Severi otrzymał patent na swoje urządzenie w tym samym roku. Była to pompa parowa bez tłoka i najwyraźniej niezbyt wydajna, ponieważ ciepło pary było tracone za każdym razem, gdy zbiornik był chłodzony, a także dość niebezpieczna w działaniu, ponieważ wysokie ciśnienie pary powodowało czasami eksplozję zbiorników i rur pompy. Ponieważ urządzenie to mogło być używane zarówno do obracania kół młyna wodnego, jak i do wypompowywania wody z kopalni, wynalazca nazwał je "przyjacielem górnika".

W 1712 roku angielski kowal Thomas Newcomen zademonstrował swój "silnik atmosferyczny (próżniowy)". Było to udoskonalenie silnika parowego Severi, w którym Newcomen zastosował cylinder z tłokiem i znacznie zmniejszył ciśnienie robocze pary. Pierwszym zastosowaniem silnika Newcomena było pompowanie wody z głębokiej kopalni. W pompie szybowej sworzeń królewski był połączony z ciągiem, który przemieszczał się w dół szybu do komory pompy. Ruch posuwisto-zwrotny tłoczyska był przenoszony na tłok pompy, który pompował wodę na górę. To właśnie pompa Newcomena stała się pierwszym silnikiem parowym, który znalazł szerokie zastosowanie w praktyce. W 1720 roku niemiecki fizyk Jakob Leipold wynalazł dwucylindrowy wysokociśnieniowy silnik parowy, w którym suw roboczy jest wykonywany nie przez niskie ciśnienie próżni powstające po wtryśnięciu wody do cylindra z gorącą parą wodną, jak w silnikach próżniowych, ale przez wysokie ciśnienie gorącej pary wodnej. Spaliny są odprowadzane do atmosfery. Jednak maszyny wysokociśnieniowe zostały zbudowane dopiero 80 lat później, na początku XIX wieku, przez Amerykanina Olivera Evansa i Anglika Richarda Trevithicka.

W 1763 roku mechanik I. I. Polzunov zaprojektował pierwszą w Rosji dwucylindrową próżniową maszynę parową do zasilania dmuchaw w zakładach Kolyvan-Voskresensky w Barnaule, która została zbudowana w 1764 roku. W 1765 roku James Watt, aby zwiększyć wydajność silnika próżniowego Newcomena, wykonał oddzielny skraplacz. Silnik nadal był silnikiem próżniowym. W 1781 roku James Watt opatentował próżniowy silnik parowy na korbę, który wytwarzał ciągły ruch obrotowy wału (w przeciwieństwie do ruchu do przodu silnika próżniowego z pompą wodną Newcomena).
Silnik ten nadal był silnikiem próżniowym, ale 10-konny silnik próżniowy na korbę Watta umożliwiał, biorąc pod uwagę węgiel i wodę, zainstalowanie i używanie go w dowolnym miejscu i w dowolnym celu.Silnik próżniowy Watta jest powszechnie kojarzony z początkiem rewolucji przemysłowej w Anglii.

Co ważne, pierwszym znanym automatycznym systemem sterowania był system kontroli prędkości pary zainstalowany w silniku parowym Watta w 1775 roku; prawie sto lat później James Clerk Maxwell opisał pierwszy matematyczny model automatyzacji.Dalsze ulepszenia wydajności silnika parowego polegały na wykorzystaniu pary pod wysokim ciśnieniem przez Amerykanina Olivera Evansa i Anglika Richarda Trevithicka.
W 1786 roku Evans próbował opatentować konwencjonalny samochód parowy napędzany wysokociśnieniowym silnikiem parowym, ale urząd patentowy odrzucił pomysł Evansa jako niedorzeczną fantazję. Evans stworzył później łącznie około pięćdziesięciu takich maszyn, z których większość była wykorzystywana do napędzania maszyn pompujących.

Trevithick, który zapoczątkował tworzenie i stosowanie stacjonarnych maszyn pracujących pod wysokim ciśnieniem (otrzymał patent na "maszynę wysokociśnieniową" w 1800 r.), opanował w praktyce cylindryczne kotły parowe (tzw. "kornwalijskie") (1815 r.). Od 1797 r. budował modele wagonów parowych, a w 1801 r. rozpoczął budowę oryginalnych wagonów, z których ostatni został pomyślnie przetestowany w Kornwalii i Londynie (1802-1803).

W 1801 roku Richard Trevithick zbudował pierwszą w historii lokomotywę parową, Puffing Devil, a następnie w 1802 roku lokomotywę parową Coalbrookdale dla spółki węglowej o tej samej nazwie. Trevithick z powodzeniem budował przemysłowe jednosuwowe silniki wysokociśnieniowe znane jako "silniki Cornish".

Działały one pod ciśnieniem 50 funtów na cal kwadratowy, czyli 345 kPa (3,405 atmosfery). Jednak wraz ze wzrostem ciśnienia rosło również niebezpieczeństwo eksplozji w maszynach i kotłach, co początkowo prowadziło do wielu wypadków.Z tego punktu widzenia najważniejszym elementem maszyny wysokociśnieniowej był zawór bezpieczeństwa, który uwalniał nadmiar ciśnienia. Niezawodna i bezpieczna eksploatacja rozpoczęła się dopiero wraz z gromadzeniem doświadczeń i standaryzacją procedur budowy, obsługi i konserwacji urządzeń. Wiele silników próżniowych zbudowanych wcześniej według schematu Jamesa Watta zostało przebudowanych po wynalezieniu przez Evansa i Trevithicka wysokociśnieniowego "silnika Cornisha".

W 1769 roku francuski wynalazca Nicolas-Joseph Cugnot zademonstrował pierwszy działający samobieżny pojazd parowy: "fardier à vapeur" (wózek parowy). Być może jego wynalazek można uznać za pierwszy samochód. Samobieżny ciągnik parowy okazał się bardzo przydatny jako mobilne źródło mocy mechanicznej, napędzając inne maszyny rolnicze: młocarnie, prasy itp. W 1788 r. statek parowy zbudowany przez Johna Fitcha kursował już regularnie na rzece Delaware między Filadelfią w Pensylwanii a Burlington w Nowym Jorku. Przewoził 30 pasażerów i poruszał się z prędkością 7-8 węzłów. 21 lutego 1804 r. w hucie Penydarren w Merthyr Tidville w południowej Walii zademonstrowano pierwszą lokomotywę parową z własnym napędem, zbudowaną przez Richarda Trevithicka.Wraz z rozwojem lokomotywy parowej i konstrukcji lokomotywy parowej, postęp silnika parowego otrzymał nowy impuls.

W XIX wieku silnik parowy został znacznie ulepszony dzięki wysiłkom wielu utalentowanych inżynierów.Opracowano konstrukcje kotłów i różnych systemów pomocniczych (mechanizmów dystrybucji pary, zasilania paliwem itp.), które później stały się klasyczne.Pojawiły się wielostopniowe, złożone i tandemowe typy, interesujące modele przemysłowe.Praktyczna wydajność silnika parowego została znacznie zwiększona.Wymagania transportu lądowego i budowy małych statków sprzyjały pojawieniu się kompaktowych modeli o dużej gęstości mocy. W drugiej połowie stulecia opracowano typy układów i systemów stosowanych później w silnikach spalinowych: układy w kształcie litery V i gwiazdy bez poprzeczek, cylindry blokowe z zamkniętą skrzynią korbową, zawory tarczowe napędzane wałkiem rozrządu itp. Równolegle trwały prace nad alternatywnymi rozwiązaniami obrotowymi: turbiną parową, różnymi modelami silników obrotowych.


Na początku XX wieku teoria i praktyka silników parowych była już dobrze rozwinięta i przetrwała do dziś w niemal niezmienionej formie. Tłokowe silniki parowe niepodzielnie panowały w transporcie kolejowym i morskim, turbiny parowe coraz częściej znajdowały praktyczne zastosowanie na dużych statkach morskich. Przytłaczająca większość typów rotacyjnych (rotacyjno-tłokowych) została wypróbowana i z tego czy innego powodu odrzucona.
Na początku XX wieku teoria i praktyka silników parowych były już dobrze rozwinięte i pozostały prawie niezmienione do dziś.


Tłokowe silniki parowe bezkrytycznie dominowały w transporcie kolejowym i morskim, turbiny parowe coraz częściej znajdowały praktyczne zastosowanie na dużych statkach morskich.Przytłaczająca większość typów rotacyjnych (rotacyjno-tłokowych) została wypróbowana i z tego czy innego powodu odrzucona.

W latach trzydziestych ubiegłego wieku ponownie pojawiło się wokół niego pewne podekscytowanie. Dostępne stały się nowe materiały: stale nierdzewne zdolne do wytrzymywania wysokich temperatur i ciśnień oraz lekkie i wytrzymałe stopy aluminium. Umożliwia to podniesienie ciśnienia pary do wartości 30-100 atm, dzięki czemu silnik parowy o zamkniętym cyklu jest porównywalny pod względem wielkości, wydajności i ceny do silnika spalinowego. Wprowadzenie systemu rur wodnych sprawia, że kocioł jest kompaktowy i bezpieczny. Powstaje seryjna produkcja parowych samochodów osobowych i ciężarowych, traktorów, autobusów, a nawet czołgów i samolotów. Pojawiają się nowe pomysły: wprowadzenie silników parowych w kształcie gwiazdy w piastach kół, na tylnej osi itp. Pod uwagę brane są cenne cechy silnika parowego: wysoki moment obrotowy, doskonała zdolność do jazdy w terenie, niewymagające paliwo, trwałość, cisza, płynna praca, brak konieczności utrzymywania prędkości obrotowej na biegu jałowym itp. Silniki parowe są montowane nawet w limuzynach.

Jednak próba wskrzeszenia idei silnika parowego nie powiodła się: częściowo z powodu wybuchu II wojny światowej, częściowo z powodu stereotypu ukształtowanego w konsumentach na temat przestarzałości, nieporęczności, brudu i niebezpieczeństwa silnika parowego, zainteresowanie tymi eksperymentami słabnie. Silnik parowy przetrwał najdłużej w transporcie kolejowym, gdzie nowe modele lokomotyw parowych były produkowane do lat 50-tych XX wieku. Ale nawet tutaj był stopniowo zastępowany przez lokomotywy spalinowe, lokomotywy elektryczne i lokomotywy z turbiną gazową. Niemniej jednak idea ta nie została zapomniana i pewne prace eksperymentalne, a nawet próby seryjnej produkcji wysokociśnieniowych silników parowych są prowadzone przez entuzjastów nawet dzisiaj. Dużą wartość mają również działające modele historycznych silników parowych wykonane przez amatorów.

Należy zauważyć, że rozprzestrzenianie się silnika parowego następowało stopniowo: mechanizmy wykorzystujące energię wody i wiatru przez długi czas konkurowały z silnikami parowymi. W szczególności do 1870 roku w Stanach Zjednoczonych większość fabryk wykorzystywała energię turbin wodnych, a nie silników parowych. Podobnie, stopniowo wycofywano je z użycia. W ten sposób ostatnie lokomotywy parowe wciąż jeździły po liniach pod koniec XX wieku, a niektóre z nich są w użyciu do dziś, mimo że wydajność silnika parowego jest jedną z najniższych. Do dziś lokomotywy parowe i parowce owiane są pewną aureolą romantyzmu. W niektórych krajach są one nadal wykorzystywane do celów turystycznych.

Jeśli chodzi o turbiny parowe, zyskały one silną pozycję w przemyśle energetycznym i w inżynierii transportu wielkogabarytowego. Jednak ich wydajność jest silnie uzależniona od wielkości, więc turbiny parowe o małej pojemności nie są ekonomicznie wykonalne i nie znajdują zastosowania jako główny układ napędowy. W nowych rozwiązaniach transportowych z silnikiem parowym są one wykorzystywane jako napędy pomocnicze działające na parze powrotnej.

Silniki tłokowe wykorzystują energię pary do poruszania tłokiem w szczelnej komorze lub cylindrze. Ruch posuwisto-zwrotny tłoka może być mechanicznie przekształcony w ruch liniowy w pompach tłokowych lub w ruch obrotowy w celu napędzania obracających się części maszyn lub kół pojazdów. Wczesne silniki parowe były początkowo nazywane "silnikami ogniowymi", a silniki Watta "atmosferycznymi" lub "kondensacyjnymi". Działały one na zasadzie podciśnienia i dlatego znane są również jako "silniki próżniowe". Maszyny te napędzały pompy tłokowe, a przynajmniej nie ma dowodów na to, że były wykorzystywane do innych celów. Podczas pracy silnika parowego typu próżniowego, na początku cyklu, para o niskim ciśnieniu jest wpuszczana do komory roboczej lub cylindra. Zawór wlotowy jest następnie zamykany, a para jest chłodzona przez kondensację. W silniku Newcomen woda chłodząca jest wtryskiwana bezpośrednio do cylindra, a kondensat spływa do kolektora kondensatu. Powoduje to wytworzenie próżni w cylindrze. Ciśnienie atmosferyczne w górnej części cylindra wywiera nacisk na tłok i powoduje jego ruch w dół, tj. skok.


Tłok jest połączony łańcuchem z końcem dużego wahacza obracającego się wokół jego środka. Pompa pod obciążeniem jest połączona łańcuchem z przeciwległym końcem wahacza, który pod działaniem pompy powoduje powrót tłoka do górnej części cylindra za pomocą siły grawitacji. W ten sposób odbywa się suw powrotny. Ciśnienie pary jest niskie i nie można mu przeciwdziałać za pomocą pompy.

Ciągłe chłodzenie i ponowne podgrzewanie cylindra roboczego maszyny było bardzo marnotrawne i nieefektywne, jednak te silniki parowe były w stanie pompować wodę z większych głębokości niż było to możliwe przed ich wprowadzeniem. W 1774 roku pojawiła się wersja silnika parowego stworzona przez Watta we współpracy z Matthew Boultonem, której główną innowacją było przeniesienie procesu kondensacji do specjalnej oddzielnej komory (skraplacza). Komora ta była umieszczona w wannie z zimną wodą i połączona z cylindrem za pomocą rurki, która była zamykana zaworem. Specjalna mała pompa próżniowa (prototyp pompy kondensatu) była podłączona do komory skraplacza, napędzana przez jarzmo i używana do usuwania kondensatu ze skraplacza. Powstała w ten sposób gorąca woda była podawana z powrotem do kotła za pomocą specjalnej pompy (prototyp pompy zasilającej). Kolejną radykalną innowacją było zamknięcie górnego końca cylindra roboczego, którego górna część zawierała teraz parę o niskim ciśnieniu. Ta sama para znajdowała się w podwójnym płaszczu cylindra, utrzymując w nim stałą temperaturę. Podczas ruchu tłoka w górę, para ta była przenoszona przez specjalne rurki do dolnej części cylindra, gdzie ulegała kondensacji podczas następnego suwu. W efekcie maszyna nie była już "atmosferyczna", a jej moc zależała teraz od różnicy ciśnień między oparami o niskim ciśnieniu a próżnią, jaką można było uzyskać.

W silniku parowym Newcomena tłok był smarowany niewielką ilością wody wylewanej na niego z góry; w maszynie Watta stało się to niemożliwe, ponieważ górna część cylindra zawierała teraz parę, więc konieczne było przejście na smarowanie mieszaniną tawotu i oleju. Ten sam środek smarny zastosowano w dławnicy cylindra.

Próżniowe silniki parowe, pomimo oczywistych ograniczeń ich wydajności, były stosunkowo bezpieczne, wykorzystywały parę o niskim ciśnieniu, co było dość zgodne z ogólnym niskim poziomem technologii kotłowej XVIII wieku. Moc maszyny była ograniczona niskim ciśnieniem pary, wielkością cylindra, szybkością spalania paliwa i parowania wody w kotle oraz wielkością skraplacza. Maksymalna teoretyczna wydajność była ograniczona przez stosunkowo niewielką różnicę temperatur po obu stronach tłoka, co sprawiało, że maszyny próżniowe przeznaczone do użytku przemysłowego były zbyt duże i drogie. Około 1811 roku Richard Trevithick ulepszył maszynę Watta. Ciśnienie pary nad tłokiem osiągnęło 275 kPa (2,8 atmosfery), co zapewniło główną moc dla suwu roboczego; skraplacz został również znacznie ulepszony. Takie maszyny nazywano maszynami Cornisha[en] i budowano je do lat 90-tych XIX wieku. Wiele starych maszyn Watta zostało zrekonstruowanych do tego poziomu. Niektóre z maszyn Cornish były dość duże. W silnikach parowych para przepływa z kotła do komory roboczej cylindra, gdzie rozpręża się, wywierając nacisk na tłok i wykonując użyteczną pracę. Rozprężona para może być następnie odprowadzana do atmosfery lub doprowadzana do skraplacza. Ważną różnicą między maszynami wysokociśnieniowymi i próżniowymi jest to, że ciśnienie pary wylotowej jest większe lub równe ciśnieniu atmosferycznemu, tj. nie powstaje próżnia. Para wylotowa miała zwykle ciśnienie wyższe niż atmosferyczne i często była odprowadzana do komina w celu zwiększenia ciągu kotła.

Znaczenie zwiększania ciśnienia pary polega na tym, że w ten sposób uzyskuje ona wyższą temperaturę. W ten sposób wysokociśnieniowa maszyna parowa działa przy większej różnicy temperatur niż w przypadku maszyn próżniowych. Po tym, jak maszyny wysokociśnieniowe zastąpiły maszyny próżniowe, stały się one podstawą do dalszego rozwoju i ulepszania wszystkich tłokowych maszyn parowych. Jednak to, co w 1800 roku było uważane za wysokie ciśnienie (275-345 kPa), obecnie jest uważane za bardzo niskie - ciśnienie w nowoczesnych kotłach parowych jest dziesiątki razy wyższe.Znaczenie zwiększania ciśnienia pary polega na tym, że para uzyskuje w ten sposób wyższą temperaturę.
W ten sposób wysokociśnieniowa maszyna parowa działa przy wyższej różnicy temperatur niż w maszynach próżniowych.Po tym, jak maszyny wysokociśnieniowe zastąpiły maszyny próżniowe, stały się one podstawą do dalszego rozwoju i ulepszania wszystkich tłokowych maszyn parowych.Jednak to, co w 1800 roku było uważane za wysokie ciśnienie (275-345 kPa), obecnie jest uważane za bardzo niskie - ciśnienie w nowoczesnych kotłach parowych jest dziesiątki razy wyższe.Dodatkową zaletą maszyn wysokociśnieniowych jest to, że są one znacznie mniejsze dla danego poziomu mocy, a zatem znacznie tańsze.Ponadto, taka maszyna parowa może być na tyle lekka i kompaktowa, że może być używana w pojazdach.Powstały w ten sposób transport parowy (lokomotywy parowe, parowce) zrewolucjonizował transport handlowy i pasażerski, strategię wojskową i ogólnie wpłynął na niemal każdy aspekt życia społecznego.