เครื่องยนต์ไอน้ำเป็นเครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานเชิงกลโดยใช้ไอน้ำเป็นของไหลทำงานเครื่องยนต์ไอน้ำใช้แรงที่เกิดจากความดันไอน้ำเพื่อผลักลูกสูบไปมาภายในกระบอกสูบแรงผลักนี้สามารถแปลงเป็นแรงหมุนเพื่อทำงานได้โดยใช้ก้านเชื่อมต่อและข้อเหวี่ยงคำว่า “เครื่องยนต์ไอน้ำ” โดยปกติจะใช้กับเครื่องยนต์ลูกสูบแม้ว่าบางหน่วยงานจะเรียกกังหันไอน้ำและอุปกรณ์ต่างๆ เช่นaeolipileของHeroว่า “เครื่องยนต์ไอน้ำ” ก็ตาม คุณสมบัติที่สำคัญของเครื่องยนต์ไอน้ำคือเป็นเครื่องยนต์เผาไหม้ภายนอก^{[ 1 ]}ซึ่งของไหลทำงานแยกออกจากผลิตภัณฑ์การเผาไหม้วัฏจักรเทอร์โมไดนามิก ใน อุดมคติที่ใช้ในการวิเคราะห์กระบวนการนี้เรียกว่าวัฏจักรแรงไคน์ในการใช้งานทั่วไป คำว่า “เครื่องยนต์ไอน้ำ” อาจหมายถึงโรงงานไอน้ำทั้งหมด (รวมถึงหม้อไอน้ำฯลฯ) เช่นหัวรถจักรไอน้ำ ของรถไฟ และเครื่องยนต์แบบพกพาหรืออาจหมายถึง เครื่องจักร ลูกสูบหรือกังหันเพียงอย่างเดียว เช่น ในเครื่องยนต์คานและเครื่องยนต์ไอน้ำแบบอยู่กับที่

อุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยไอน้ำ เช่น เอโอลิไพล์ เป็นที่รู้จักกันในศตวรรษที่ 1 หลังคริสต์ศักราช และมีการบันทึกการใช้งานอื่นๆ เพียงเล็กน้อยในศตวรรษที่ 16 ^{[ 2 ]}ในปี ค.ศ. 1606 Jerónimo de Ayanz y Beaumontได้จดสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์ของเขา ซึ่งเป็นปั๊มน้ำพลังไอน้ำเครื่องแรกสำหรับระบายน้ำในเหมือง^{[ 3 ]} Thomas Saveryถือเป็นผู้ประดิษฐ์อุปกรณ์พลังไอน้ำที่ใช้ในเชิงพาณิชย์เครื่องแรก ซึ่งก็คือปั๊มไอน้ำที่ใช้แรงดันไอน้ำทำงานโดยตรงกับน้ำ เครื่องยนต์ที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์เครื่องแรกที่สามารถส่งกำลังอย่างต่อเนื่องไปยังเครื่องจักรได้รับการพัฒนาขึ้นในปี ค.ศ. 1712 โดยThomas Newcomenในปี ค.ศ. 1764 James Wattได้ทำการปรับปรุงที่สำคัญโดยการนำไอน้ำที่ใช้แล้วไปยังภาชนะแยกต่างหากเพื่อการควบแน่น ซึ่งช่วยปรับปรุงปริมาณงานที่ได้รับต่อหน่วยเชื้อเพลิงที่ใช้ไปอย่างมาก ในศตวรรษที่ 19 เครื่องยนต์ไอน้ำแบบอยู่กับที่ได้ขับเคลื่อนโรงงานของการปฏิวัติอุตสาหกรรมเครื่องยนต์ไอน้ำนำไปสู่การแทนที่เรือใบด้วยเรือกลไฟและหัวรถจักรไอน้ำก็ใช้งานบนทางรถไฟ

เครื่องยนต์ไอน้ำแบบลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นลงเป็นแหล่งพลังงานหลักจนถึงต้นศตวรรษที่ 20 ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ไอน้ำแบบอยู่กับที่เพิ่มขึ้นอย่างมากจนถึงประมาณปี 1922 ^{[ 4 ]}ประสิทธิภาพวัฏจักรแรงไคน์สูงสุดที่ 91% และประสิทธิภาพเชิงความร้อนรวมที่ 31% ได้รับการสาธิตและตีพิมพ์ในปี 1921 และ 1928 ^{[ 5 ]} ความก้าวหน้าในการออกแบบมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องยนต์สันดาปภายในส่งผลให้เครื่องยนต์ไอน้ำถูกแทนที่ในการใช้งานเชิงพาณิชย์อย่างค่อยเป็นค่อยไป กังหันไอน้ำเข้ามาแทนที่เครื่องยนต์ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นลงในการผลิตพลังงานเนื่องจากต้นทุนที่ต่ำกว่า ความเร็วในการทำงานที่สูงกว่า และประสิทธิภาพที่สูงกว่า^{[ 6 ]}โปรดทราบว่ากังหันไอน้ำขนาดเล็กมีประสิทธิภาพน้อยกว่ากังหันไอน้ำขนาดใหญ่มาก^{[ 7 ]}

ณ ปี 2023 ยังคงมีการผลิตเครื่องยนต์ไอน้ำลูกสูบขนาดใหญ่ในประเทศเยอรมนี^{[ 8 ]}

เครื่องจักรไอน้ำแบบพื้นฐานที่บันทึกไว้เครื่องหนึ่งคือเอโอลิไพล์ที่อธิบายโดยฮีโรแห่งอเล็กซานเดรียนักคณิตศาสตร์และวิศวกรชาวเฮลเลนิสติกในอียิปต์สมัยโรมันในช่วงศตวรรษที่ 1 หลังคริสต์ศักราช^{[ 9 ]}ในศตวรรษต่อมา เครื่องจักรไอน้ำที่รู้จักกันเพียงไม่กี่เครื่องก็เหมือนกับเอโอลิไพล์^{[ 10 ]}โดยพื้นฐานแล้วเป็นอุปกรณ์ทดลองที่นักประดิษฐ์ใช้เพื่อสาธิตคุณสมบัติของไอน้ำ

Taqi al-Din ^{[ 11 ]}ได้บรรยายถึงอุปกรณ์กังหันไอน้ำแบบพื้นฐานในอียิปต์สมัยออตโตมันในปี 1551 และGiovanni Branca ^{[ 12 ]} ได้บรรยายถึงอุปกรณ์ดังกล่าว ในอิตาลีในปี 1629 ^{[ 13 ]}ในปี 1601 Giambattista della Portaได้บรรยายถึงอุปกรณ์ที่สามารถใช้แรงดันไอน้ำเพื่อยกน้ำขึ้นได้^{[ 14 ]} Jerónimo de Ayanzนักประดิษฐ์ชาวสเปนได้รับสิทธิบัตรในปี 1606 สำหรับสิ่งประดิษฐ์ที่ใช้พลังงานไอน้ำ 50 รายการ รวมถึงปั๊มน้ำสำหรับระบายน้ำออกจากเหมืองที่ถูกน้ำท่วม^{[ 15 ]}ในปี 1615 Salomon de Causได้พัฒนาเครื่องยนต์บรรยากาศที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์^{[ 16 ]} Denis Papinชาวฝรั่งเศสได้ทำงานที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับเครื่องย่อยไอน้ำในปี 1679 และใช้ลูกสูบเพื่อยกน้ำหนักเป็นครั้งแรกในปี 1690 ^{[ 17 ]}

อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานไอน้ำเชิงพาณิชย์เครื่องแรกคือปั๊มน้ำ ซึ่งพัฒนาขึ้นในปี ค.ศ. 1698 โดยโทมัส ซาเวอรี [ ^{18 ] มัน}ใช้ไอน้ำควบแน่นเพื่อสร้างสุญญากาศซึ่งยกน้ำขึ้นจากด้านล่าง จากนั้นใช้แรงดันไอน้ำเพื่อยกน้ำให้สูงขึ้น เครื่องยนต์ขนาดเล็กมีประสิทธิภาพ แต่รุ่นที่ใหญ่กว่านั้นมีปัญหา พวกมันมีระยะยกน้ำที่จำกัดมากและมีแนวโน้มที่จะเกิดการระเบิดของหม้อไอ น้ำ เครื่องยนต์ของซาเวอรีถูกนำไปใช้ในเหมืองสถานีสูบน้ำและจ่ายน้ำให้กับกังหานน้ำที่ขับเคลื่อนเครื่องจักรสิ่งทอ^{[ 19 ]}ข้อดีอย่างหนึ่งของเครื่องยนต์ของซาเวอรีคือต้นทุนต่ำ^{[ 20 ]}เบนโต เด มูรา โปรตุเกสได้นำเสนอการปรับปรุงโครงสร้างของซาเวอรี “เพื่อให้สามารถทำงานได้ด้วยตัวเอง” ดังที่จอห์น สมีตัน อธิบายไว้ ใน Philosophical Transactions ที่ตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1751 ^{[ 21 ]}มันยังคงถูกผลิตต่อไปจนถึงปลายศตวรรษที่ 18 ^{[ 22 ]}อย่างน้อยหนึ่งเครื่องยังคงใช้งานได้ในปี ค.ศ. 1820 ^{[ 23 ]}

เครื่องยนต์เครื่องแรกที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ซึ่งสามารถส่งพลังงานอย่างต่อเนื่องไปยังเครื่องจักรได้คือเครื่องยนต์บรรยากาศ (หรือ "เครื่องยนต์ไฟ") ซึ่งประดิษฐ์โดยโทมัส นิวโคเมนราวปี 1712 ^{[ c ] [ 25 ]}มันปรับปรุงปั๊มไอน้ำของเซเวอรีโดยใช้ลูกสูบตามที่ปาปินเสนอ เครื่องยนต์ของนิวโคเมนมีประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ และส่วนใหญ่ใช้สำหรับสูบน้ำ มันทำงานโดยการสร้างสุญญากาศบางส่วนโดยการควบแน่นไอน้ำใต้ลูกสูบภายในกระบอกสูบ มันถูกนำไปใช้ในการระบายน้ำจากเหมืองที่ระดับความลึกซึ่งเดิมไม่สามารถทำได้โดยใช้วิธีการแบบดั้งเดิม และเพื่อจัดหาน้ำที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้สำหรับขับเคลื่อนกังหานน้ำในโรงงานที่ตั้งอยู่ห่างจาก "แหล่งน้ำ" ที่เหมาะสม น้ำที่ไหลผ่านกังหานจะถูกสูบขึ้นไปยังอ่างเก็บน้ำเหนือกังหาน^{[ 26 ] [ 27 ]} ในปี 1780 เจมส์ พิคการ์ดได้จดสิทธิบัตรการใช้ล้อช่วยแรงและเพลาข้อเหวี่ยงเพื่อให้การเคลื่อนที่แบบหมุนจากเครื่องยนต์นิวโคเมนที่ได้รับการปรับปรุง^{[ 28 ]}

ในปี ค.ศ. 1720 จาคอบ ลอยโพลด์ได้บรรยายถึงเครื่องยนต์ไอน้ำแรงดันสูงแบบสองสูบ^{[ 29 ]}สิ่งประดิษฐ์นี้ได้รับการตีพิมพ์ในผลงานชิ้นเอกของเขาเรื่อง "Theatri Machinarum Hydraulicarum" ^{[ 30 ]} เครื่องยนต์นี้ใช้ลูกสูบหนักสองตัวเพื่อส่งกำลังไปยังปั๊มน้ำ ลูกสูบแต่ละตัวจะถูกยกขึ้นด้วยแรงดันไอน้ำและกลับสู่ตำแหน่งเดิมด้วยแรงโน้มถ่วง ลูกสูบทั้งสองใช้ ลิ้นหมุนสี่ทางร่วมกันซึ่งเชื่อมต่อโดยตรงกับหม้อไอน้ำ

ขั้นตอนสำคัญถัดไปเกิดขึ้นเมื่อเจมส์ วัตต์พัฒนา (1763–1775) เครื่องยนต์ รุ่นปรับปรุงของนิวโคเมน โดยมีคอนเดนเซอร์แยกต่างหากเครื่องยนต์รุ่นแรกๆ ของโบลตันและวัตต์ ใช้ถ่านหินเพียงครึ่งหนึ่งของ เครื่องยนต์รุ่นปรับปรุงของนิวโคเมนที่พัฒนาโดยจอห์น สมีตัน^{[ 31 ]}เครื่องยนต์รุ่นแรกๆ ของนิวโคเมนและวัตต์เป็นแบบ "บรรยากาศ" ขับเคลื่อนด้วยแรงดันอากาศที่ผลักลูกสูบเข้าไปในสุญญากาศบางส่วนที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำ แทนที่จะเป็นแรงดันจากการขยายตัวของไอน้ำ กระบอกสูบของเครื่องยนต์ต้องมีขนาดใหญ่เพราะแรงที่ใช้ได้เพียงอย่างเดียวที่กระทำต่อกระบอกสูบคือ แรง ดันบรรยากาศ^{[ 26 ] [ 32 ]}

วัตต์ได้พัฒนาเครื่องยนต์ของเขาต่อไป โดยปรับเปลี่ยนเพื่อให้เกิดการเคลื่อนที่แบบหมุนที่เหมาะสมสำหรับการขับเคลื่อนเครื่องจักร ซึ่งทำให้โรงงานสามารถตั้งอยู่ห่างจากแม่น้ำได้ และเร่งความก้าวหน้าของการปฏิวัติอุตสาหกรรม^{[ 32 ] [ 26 ] [ 33 ]}

ความหมายของความดันสูง พร้อมกับค่าจริงที่สูงกว่าความดันบรรยากาศ ขึ้นอยู่กับยุคสมัยที่ใช้คำนี้ สำหรับการใช้คำในยุคแรก Van Reimsdijk ^{[ 34 ]}กล่าวถึงไอน้ำที่มีความดันสูงเพียงพอที่จะระบายออกสู่บรรยากาศได้โดยไม่ต้องอาศัยสุญญากาศเพื่อให้สามารถทำงานที่เป็นประโยชน์ได้ Ewing ระบุว่าเครื่องยนต์ควบแน่นของ Watt ในขณะนั้นเป็นที่รู้จักกันว่าเป็นเครื่องยนต์ความดันต่ำเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ที่ไม่ใช่แบบควบแน่นที่มีความดันสูงในยุคเดียวกัน^{[ 35 ]}

สิทธิบัตรของ Watt ป้องกันไม่ให้ผู้อื่นสร้างเครื่องยนต์แรงดันสูงและเครื่องยนต์แบบผสม ไม่นานหลังจากสิทธิบัตรของ Watt หมดอายุในปี 1800 Richard TrevithickและOliver Evansในปี 1801 ^{[ 33 ] [ 36 ]}ได้แนะนำเครื่องยนต์ที่ใช้ไอน้ำแรงดันสูง Trevithick ได้รับสิทธิบัตรเครื่องยนต์แรงดันสูงในปี 1802 ^{[ 37 ]}และ Evans ได้สร้างแบบจำลองที่ใช้งานได้หลายแบบก่อนหน้านั้น^{[ 38 ]}เครื่องยนต์เหล่านี้มีกำลังมากกว่าเครื่องยนต์รุ่นก่อนๆ มากเมื่อเทียบกับขนาดกระบอกสูบที่กำหนด และสามารถทำให้มีขนาดเล็กพอสำหรับการใช้งานด้านการขนส่ง หลังจากนั้น การพัฒนาทางเทคโนโลยีและการปรับปรุงเทคนิคการผลิต (ส่วนหนึ่งเกิดจากการนำเครื่องยนต์ไอน้ำมาใช้เป็นแหล่งพลังงาน) ส่งผลให้มีการออกแบบเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งอาจมีขนาดเล็กกว่า เร็วกว่า หรือมีกำลังมากกว่า ขึ้นอยู่กับการใช้งานที่ต้องการ^{[ 26 ]}

เครื่องยนต์คอร์นิชได้รับการพัฒนาโดยเทรวิธิคและคนอื่นๆ ในช่วงทศวรรษ 1810 ^{[ 39 ]}เป็นเครื่องยนต์แบบวงจรผสมที่ใช้ไอน้ำแรงดันสูงในการขยายตัว จากนั้นควบแน่นไอน้ำแรงดันต่ำ ทำให้มีประสิทธิภาพค่อนข้างดี เครื่องยนต์คอร์นิชมีการเคลื่อนที่และแรงบิดที่ไม่สม่ำเสมอตลอดวงจร ทำให้เหมาะสำหรับใช้ในการสูบน้ำเป็นหลัก เครื่องยนต์คอร์นิชถูกใช้ในเหมืองและสำหรับการจัดหาน้ำจนถึงปลายศตวรรษที่ 19 ^{[ 40 ]}

ผู้ผลิตเครื่องยนต์ไอน้ำแบบอยู่กับที่ในยุคแรกๆ พิจารณาว่ากระบอกสูบแนวนอนจะสึกหรอมากเกินไป ดังนั้นเครื่องยนต์ของพวกเขาจึงถูกจัดวางโดยให้แกนลูกสูบอยู่ในแนวตั้ง ต่อมาการจัดวางแบบแนวนอนได้รับความนิยมมากขึ้น ทำให้สามารถติดตั้งเครื่องยนต์ขนาดกะทัดรัดแต่ทรงพลังในพื้นที่ขนาดเล็กได้

จุดสูงสุดของเครื่องยนต์แนวนอนคือเครื่องยนต์ไอน้ำคอร์ลิสซึ่งได้รับการจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2492 เป็นเครื่องยนต์แบบไหลสวนทางสี่วาล์วที่มีวาล์วรับและปล่อยไอน้ำแยกกัน และมีการตัดไอน้ำแบบแปรผันอัตโนมัติ เมื่อคอร์ลิสได้รับเหรียญรัมฟอร์ดคณะกรรมการกล่าวว่า "ไม่มีสิ่งประดิษฐ์ใดนับตั้งแต่สมัยของวัตต์ที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ไอน้ำได้มากเท่านี้" ^{[ 41 ]}นอกจากการใช้ไอน้ำน้อยลง 30% แล้ว ยังให้ความเร็วที่สม่ำเสมอมากขึ้นเนื่องจากการตัดไอน้ำแบบแปรผัน ทำให้เหมาะสำหรับการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งการปั่นฝ้าย^{[ 26 ] [ 33 ]}

รถยนต์พลังไอน้ำทดลองคันแรกถูกสร้างขึ้นในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 แต่กว่าที่เครื่องยนต์ไอน้ำแบบเคลื่อนที่ได้จะกลายเป็นสิ่งที่ใช้งานได้จริงนั้น ก็ต้องรอจนกระทั่งริชาร์ด เทรวิธิคได้พัฒนาการใช้ไอน้ำแรงดันสูงราวปี 1800 ช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 19 มีความก้าวหน้าอย่างมากในการออกแบบรถยนต์พลังไอน้ำ และในช่วงทศวรรษ 1850 ก็เริ่มสามารถผลิตรถยนต์พลังไอน้ำในเชิงพาณิชย์ได้ อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้านี้ถูกจำกัดด้วยกฎหมายที่จำกัดหรือห้ามการใช้รถยนต์พลังไอน้ำบนท้องถนน การพัฒนาเทคโนโลยีรถยนต์ยังคงดำเนินต่อไปตั้งแต่ทศวรรษ 1860 ถึงทศวรรษ 1920 รถยนต์พลังไอน้ำถูกนำไปใช้ในหลายๆ ด้าน

ในศตวรรษที่ 20 การพัฒนาอย่างรวดเร็วของ เทคโนโลยี เครื่องยนต์สันดาปภายในนำไปสู่การสิ้นสุดของเครื่องยนต์ไอน้ำในฐานะแหล่งพลังงานขับเคลื่อนยานพาหนะในเชิงพาณิชย์ โดยเหลือใช้งานอยู่เพียงไม่กี่คันหลังสงครามโลกครั้งที่สองยานพาหนะเหล่านี้จำนวนมากถูกซื้อโดยผู้ที่ชื่นชอบเพื่อการอนุรักษ์ และยังมีตัวอย่างมากมายที่ยังคงมีอยู่ ในช่วงทศวรรษ 1960 ปัญหามลพิษทางอากาศในแคลิฟอร์เนียทำให้เกิดความสนใจในการพัฒนาและศึกษาเกี่ยวกับยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยไอน้ำในฐานะวิธีการลดมลพิษที่เป็นไปได้ นอกเหนือจากความสนใจของผู้ที่ชื่นชอบไอน้ำ ยานพาหนะจำลองเป็นครั้งคราว และเทคโนโลยีทดลองแล้ว ปัจจุบันไม่มีรถยนต์ไอน้ำใดที่ผลิตขึ้นในปัจจุบัน

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 เครื่องยนต์แบบคอมพาวด์เริ่มมีการใช้งานอย่างแพร่หลายเครื่องยนต์แบบคอมพาวด์จะปล่อยไอน้ำเข้าไปในกระบอกสูบที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ เพื่อรองรับปริมาตรที่สูงขึ้นที่ความดันลดลง ทำให้มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ขั้นตอนเหล่านี้เรียกว่าการขยายตัว โดยเครื่องยนต์แบบขยายตัวสองและสามเท่าเป็นที่นิยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรือเดินทะเลที่ประสิทธิภาพมีความสำคัญในการลดน้ำหนักของถ่านหินที่บรรทุก^{[ 26 ]}เครื่องยนต์ไอน้ำยังคงเป็นแหล่งพลังงานหลักจนถึงต้นศตวรรษที่ 20 เมื่อความก้าวหน้าในการออกแบบ กังหัน ไอน้ำมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องยนต์สันดาปภายในส่งผลให้เครื่องยนต์ไอน้ำแบบลูกสูบ (ลูกสูบ) ค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยเครื่องยนต์ดีเซล มากขึ้น และเรือรบใช้กังหันไอน้ำ มากขึ้น ^{[ 26 ] [ 6 ]}

เมื่อการพัฒนาเครื่องจักรไอน้ำก้าวหน้าไปตลอดศตวรรษที่ 18 มีความพยายามต่างๆ ที่จะนำไปประยุกต์ใช้กับถนนและทางรถไฟ^{[ 42 ]}ในปี 1784 วิลเลียม เมอร์ด็อกนักประดิษฐ์ชาวสก็ อต ได้สร้างแบบจำลองหัวรถจักรไอน้ำสำหรับถนน ^{[ 43 ]}แบบจำลองหัวรถจักรไอน้ำสำหรับรถไฟรุ่นแรกๆ ที่ใช้งานได้จริงนั้น ได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นโดยจอห์น ฟิตช์ ผู้บุกเบิกเรือกลไฟในสหรัฐอเมริกา ซึ่งน่าจะเกิดขึ้นในช่วงทศวรรษ 1780 หรือ 1790 ^{[ 44 ]} หัวรถจักรไอน้ำของเขาใช้ล้อใบมีดภายในที่นำทางโดยรางหรือทางเดิน

รถจักรไอน้ำสำหรับใช้งานจริงขนาดเต็มรูปแบบคันแรกถูกสร้างขึ้นโดยRichard Trevithickในสหราชอาณาจักรและในวันที่ 21 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1804 การเดินทางด้วยรถไฟครั้งแรกของโลกได้เกิดขึ้น โดยรถจักรไอน้ำของ Trevithick ลากเหล็กหนัก 10 ตัน ผู้โดยสาร 70 คน และตู้รถไฟ 5 ตู้ ไปตามรางรถไฟจาก โรงงานเหล็ก Pen-y-darrenใกล้กับMerthyr TydfilไปยังAbercynonทางตอนใต้ของเวลส์[ ^{42 ] [ 45 ] [ 46 ] การ}ออกแบบนี้ได้รวมเอานวัตกรรมที่สำคัญหลายประการ ซึ่งรวมถึงการใช้ไอน้ำแรงดันสูงที่ช่วยลดน้ำหนักของเครื่องยนต์และเพิ่มประสิทธิภาพ Trevithick ได้ไปเยือนพื้นที่นิวคาสเซิลในภายหลังในปี ค.ศ. 1804 และทางรถไฟเหมืองถ่านหินในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของอังกฤษกลายเป็นศูนย์กลางชั้นนำสำหรับการทดลองและพัฒนารถจักรไอน้ำ^{[ 47 ]}

เทรวิธิคยังคงทำการทดลองของเขาต่อไปโดยใช้หัวรถจักรสามคัน โดยได้ผลลัพธ์สุดท้ายคือCatch Me Who Canในปี 1808 เพียงสี่ปีต่อมา หัวรถจักรสองสูบSalamanca ที่ประสบความสำเร็จ ของแมทธิว เมอร์เรย์ก็ถูกนำไปใช้โดยทางรถไฟมิดเดิลตันแบบรางขอบและระบบเฟือง^{[ 48 ]}ในปี 1825 จอร์จ สตีเฟนสันได้สร้างLocomotionสำหรับทางรถไฟสต็อกตันและดาร์ลิงตันนี่เป็นทางรถไฟไอน้ำสาธารณะแห่งแรกของโลก และต่อมาในปี 1829 เขาได้สร้างThe Rocketซึ่งเข้าร่วมและชนะ การ ทดสอบRainhill ^{[ 49 ]}ทางรถไฟลิเวอร์พูลและแมนเชสเตอร์เปิดให้บริการในปี 1830 โดยใช้พลังงานไอน้ำเพียงอย่างเดียวสำหรับทั้งรถไฟโดยสารและรถไฟขนส่งสินค้า

รถจักรไอน้ำยังคงผลิตต่อไปจนถึงปลายศตวรรษที่ 20 ในสถานที่ต่างๆ เช่นจีนและอดีตเยอรมนีตะวันออก (ซึ่งเป็นที่ผลิต รถจักรไอน้ำ รุ่น DR Class 52.80 ) ^{[ 50 ]}

วิวัฒนาการครั้งสำคัญสุดท้ายของการออกแบบเครื่องยนต์ไอน้ำคือการใช้กังหัน ไอน้ำ ซึ่งเริ่มต้นในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 กังหันไอน้ำโดยทั่วไปมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องยนต์ไอน้ำแบบลูกสูบ (สำหรับกำลังขับที่สูงกว่าหลายร้อยแรงม้า) มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่น้อยกว่า และให้พลังงานหมุนโดยตรงแทนที่จะผ่าน ระบบ ก้านเชื่อมต่อหรือวิธีการที่คล้ายกัน^{[ 51 ]}กังหันไอน้ำเข้ามาแทนที่เครื่องยนต์ลูกสูบในโรงไฟฟ้าในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 โดยมีประสิทธิภาพ ความเร็วที่สูงขึ้นเหมาะสมกับการใช้งานเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และการหมุนที่ราบรื่นเป็นข้อได้เปรียบ ปัจจุบันพลังงานไฟฟ้า ส่วนใหญ่ มาจากกังหันไอน้ำ ในสหรัฐอเมริกา 90% ของพลังงานไฟฟ้าผลิตด้วยวิธีนี้โดยใช้แหล่งความร้อนที่หลากหลาย^{[ 6 ]}กังหันไอน้ำถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในการขับเคลื่อนเรือขนาดใหญ่ตลอดช่วงส่วนใหญ่ของศตวรรษที่ 20

แม้ว่าเครื่องยนต์ไอน้ำแบบลูกสูบจะไม่เป็นที่นิยมใช้ในเชิงพาณิชย์อีกต่อไปแล้ว แต่บริษัทต่างๆ ก็กำลังสำรวจหรือแสวงหาศักยภาพของเครื่องยนต์ชนิดนี้ในฐานะทางเลือกแทนเครื่องยนต์สันดาปภายใน

เครื่องยนต์ไอน้ำขนาดเล็กที่สุดในโลกที่ใช้งานได้จริงถูกเปิดเผยในปี 2011 เครื่องยนต์ขนาดจิ๋วนี้ได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันสองคนจากมหาวิทยาลัยสตุทการ์ทโดยทำงานบนหลักการของเครื่องยนต์สเตอร์ลิง^{[ 52 ] [ 53 ]}

ส่วนประกอบพื้นฐานของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำมีสองส่วน ได้แก่หม้อไอน้ำหรือเครื่องกำเนิดไอน้ำและ "หน่วยมอเตอร์" ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า "เครื่องยนต์ไอน้ำ" เครื่องยนต์ไอน้ำแบบอยู่ กับที่ ในอาคารคงที่อาจมีหม้อไอน้ำและเครื่องยนต์อยู่ในอาคารแยกกันซึ่งอยู่ห่างกันพอสมควร สำหรับการใช้งานแบบพกพาหรือเคลื่อนที่ได้ เช่นรถจักรไอน้ำทั้งสองส่วนจะติดตั้งอยู่ด้วยกัน^{[ 54 ] [ 55 ]}

เครื่องยนต์ลูกสูบแบบใช้กันอย่างแพร่หลายโดยทั่วไปประกอบด้วยกระบอกสูบเหล็กหล่อ ลูกสูบ ก้านสูบและคาน หรือข้อเหวี่ยงและล้อช่วยแรง และชิ้นส่วนเชื่อมต่ออื่นๆ ไอน้ำจะถูกส่งเข้าและระบายออกสลับกันโดยวาล์วหนึ่งตัวหรือมากกว่า การควบคุมความเร็วอาจเป็นแบบอัตโนมัติโดยใช้ตัวควบคุมความเร็ว หรือโดยวาล์วแบบแมนนวล กระบอกสูบหล่อมีช่องสำหรับส่งและระบายไอน้ำ

เครื่องยนต์ที่ติดตั้งคอนเดนเซอร์เป็นเครื่องยนต์คนละประเภทกับเครื่องยนต์ที่ปล่อยไอเสียสู่ชั้นบรรยากาศ

ส่วนประกอบอื่นๆ มักมีอยู่ด้วย เช่น ปั๊ม (เช่นหัวฉีด ) เพื่อจ่ายน้ำให้กับหม้อไอน้ำระหว่างการทำงาน คอนเดนเซอร์เพื่อหมุนเวียนน้ำและนำความร้อนแฝงของการระเหยกลับมาใช้ใหม่ และซูเปอร์ฮีตเตอร์เพื่อเพิ่มอุณหภูมิของไอน้ำให้สูงกว่าจุดอิ่มตัวของไอน้ำ และกลไกต่างๆ เพื่อเพิ่มแรงดันสำหรับห้องเผาไหม้ เมื่อใช้ถ่านหิน อาจมีกลไกการป้อนเชื้อเพลิงแบบโซ่หรือสกรูและเครื่องยนต์หรือมอเตอร์ขับเคลื่อนเพื่อเคลื่อนย้ายเชื้อเพลิงจากถังเก็บ (บังเกอร์) ไปยังห้องเผาไหม้^{[ 56 ]}

ความร้อนที่จำเป็นสำหรับการต้มน้ำและเพิ่มอุณหภูมิของไอน้ำสามารถได้มาจากแหล่งต่างๆ โดยส่วนใหญ่มาจากการเผาไหม้วัสดุที่ติดไฟได้โดยมีอากาศเพียงพอในพื้นที่ปิด (เช่นห้องเผาไหม้กล่องเตา เตาเผา) ในกรณีของ เครื่องยนต์ไอน้ำจำลอง หรือของเล่นและในบางกรณีของเครื่องยนต์ไอน้ำขนาดจริง แหล่งความร้อนอาจเป็นองค์ประกอบความร้อนไฟฟ้าได้

หม้อไอน้ำเป็นภาชนะรับแรงดันที่บรรจุน้ำเพื่อต้ม และมีคุณสมบัติที่ช่วยถ่ายเทความร้อนไปยังน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด

สองประเภทที่พบได้บ่อยที่สุดคือ:

หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ

น้ำถูกส่งผ่านท่อที่ล้อมรอบด้วยก๊าซร้อน

หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ

ก๊าซร้อนจะถูกส่งผ่านท่อที่จุ่มอยู่ในน้ำ น้ำเดียวกันนี้จะไหลเวียนอยู่ในปลอกน้ำที่ล้อมรอบห้องเผาไหม้ และในหม้อไอน้ำของหัวรถจักรที่มีกำลังการผลิตสูง น้ำยังไหลผ่านท่อภายในห้องเผาไหม้เองด้วย (ไซฟอนความร้อนและตัวหมุนเวียนเพื่อความปลอดภัย)

หม้อไอน้ำแบบท่อไฟเป็นประเภทหลักที่ใช้สำหรับไอน้ำแรงดันสูงในยุคแรก (โดยทั่วไปใช้ในหัวรถจักรไอน้ำ) แต่ถูกแทนที่ด้วยหม้อไอน้ำแบบท่อน้ำที่มีราคาประหยัดกว่าในปลายศตวรรษที่ 19 สำหรับการขับเคลื่อนเรือและการใช้งานแบบอยู่กับที่ขนาดใหญ่

หม้อไอน้ำจำนวนมากจะเพิ่มอุณหภูมิของไอน้ำหลังจากที่ไอน้ำออกจากส่วนของหม้อไอน้ำที่สัมผัสกับน้ำ กระบวนการนี้เรียกว่าการทำความร้อนยิ่งยวดซึ่งจะเปลี่ยนไอน้ำเปียกให้เป็นไอน้ำร้อนยิ่งยวดวิธีนี้ช่วยป้องกันไม่ให้ไอน้ำควบแน่นในกระบอกสูบของเครื่องยนต์ และให้ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นอย่างมาก^{[ 57 ] [ 58 ]}

ในเครื่องจักรไอน้ำ ลูกสูบหรือกังหันไอน้ำ หรืออุปกรณ์อื่นใดที่คล้ายกันสำหรับการทำงานเชิงกล จะรับไอน้ำที่มีความดันและอุณหภูมิสูงเข้ามา และปล่อยไอน้ำที่มีความดันและอุณหภูมิต่ำกว่า โดยใช้พลังงานไอน้ำส่วนต่างให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในการทำงานเชิงกล

หน่วยมอเตอร์เหล่านี้มักถูกเรียกว่า 'เครื่องยนต์ไอน้ำ' ในตัวของมันเอง เครื่องยนต์ที่ใช้อากาศอัดหรือก๊าซอื่นๆ จะแตกต่างจากเครื่องยนต์ไอน้ำเฉพาะในรายละเอียดที่ขึ้นอยู่กับลักษณะของก๊าซเท่านั้น แม้ว่าอากาศอัดจะถูกนำมาใช้ในเครื่องยนต์ไอน้ำโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงก็ตาม^{[ 58 ]}

เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ความร้อนทั้งหมดพลังงานหลัก ส่วนใหญ่ จะต้องถูกปล่อยออกมาเป็นความร้อนเหลือทิ้งที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ^{[ 59 ]}

วิธีการระบายความร้อนที่ง่ายที่สุดคือการระบายไอน้ำออกสู่สิ่งแวดล้อม วิธีนี้มักใช้กับหัวรถจักรไอน้ำเพื่อหลีกเลี่ยงน้ำหนักและขนาดของคอนเดนเซอร์ ไอน้ำที่ปล่อยออกมาบางส่วนจะถูกระบายขึ้นปล่องไฟเพื่อเพิ่มแรงดูดให้กับเตา ซึ่งจะเพิ่มกำลังเครื่องยนต์อย่างมาก แต่ลดประสิทธิภาพลง

บางครั้งความร้อนเหลือทิ้งจากเครื่องยนต์ก็มีประโยชน์ และในกรณีเหล่านั้น ประสิทธิภาพโดยรวมก็จะสูงมาก

เครื่องยนต์ไอน้ำในโรงไฟฟ้าแบบอยู่กับที่ใช้คอนเดนเซอร์แบบผิวเป็นแหล่งระบายความร้อน คอนเดนเซอร์จะถูกระบายความร้อนด้วยน้ำจากมหาสมุทร แม่น้ำ ทะเลสาบ และบ่อยครั้งโดยหอระบายความร้อนซึ่งระเหยน้ำเพื่อระบายความร้อน น้ำร้อนที่ควบแน่น ( คอนเดนเสท ) จะถูกสูบกลับขึ้นไปที่ความดันและส่งกลับไปยังหม้อไอน้ำ หอระบายความร้อนแบบแห้งคล้ายกับหม้อน้ำรถยนต์และใช้ในสถานที่ที่น้ำมีราคาแพง ความร้อนส่วนเกินยังสามารถระบายออกได้โดยใช้หอระบายความร้อนแบบระเหย (แบบเปียก) ซึ่งใช้ระบบวงจรน้ำภายนอกรองที่ระเหยน้ำบางส่วนสู่อากาศ

เรือแม่น้ำในยุคแรกใช้คอนเดนเซอร์แบบเจ็ทโดยฉีดน้ำเย็นจากแม่น้ำเข้าไปในไอน้ำเสียจากเครื่องยนต์ น้ำหล่อเย็นและคอนเดนเสทจะผสมกัน แม้ว่าระบบนี้จะถูกนำไปใช้กับเรือเดินทะเลด้วย แต่โดยทั่วไปแล้วหลังจากใช้งานเพียงไม่กี่วัน หม้อไอน้ำก็จะถูกเคลือบด้วยเกลือที่ตกค้าง ทำให้ประสิทธิภาพลดลงและเพิ่มความเสี่ยงต่อการระเบิดของหม้อไอน้ำ เริ่มตั้งแต่ประมาณปี 1834 การใช้คอนเดนเซอร์แบบพื้นผิวบนเรือช่วยขจัดปัญหาการเกาะติดของสิ่งสกปรกในหม้อไอน้ำและปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์^{[ 60 ]}

น้ำที่ระเหยไปแล้วไม่สามารถนำไปใช้ประโยชน์อื่นได้ (นอกจากใช้เป็นน้ำฝนในที่ใดที่หนึ่ง) ในขณะที่น้ำในแม่น้ำสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ในทุกกรณี น้ำป้อนหม้อไอน้ำของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ ซึ่งต้องมีความบริสุทธิ์ จะต้องแยกเก็บไว้ต่างหากจากน้ำหล่อเย็นหรืออากาศ

หม้อไอน้ำส่วนใหญ่มีกลไกในการจ่ายน้ำในขณะที่มีแรงดัน เพื่อให้สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง หม้อไอน้ำสำหรับสาธารณูปโภคและอุตสาหกรรมมักใช้ปั๊มแรงเหวี่ยง แบบหลายขั้นตอน อย่างไรก็ตาม มีการใช้ปั๊มประเภทอื่นด้วย อีกวิธีหนึ่งในการจ่ายน้ำป้อนหม้อไอน้ำที่มีแรงดันต่ำ (โดยทั่วไปประมาณ 5 ถึง 10 บรรยากาศ (73 ถึง 147 psi)) คือหัวฉีดซึ่งใช้ไอน้ำที่มักจะส่งมาจากหม้อไอน้ำ หัวฉีดได้รับความนิยมในช่วงปี 1850 แต่ปัจจุบันไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลาย ยกเว้นในงานเช่นหัวรถจักรไอน้ำ^{[ 61 ]}การเพิ่มแรงดันของน้ำที่ไหลเวียนผ่านหม้อไอน้ำทำให้สามารถเพิ่มอุณหภูมิของน้ำให้สูงกว่า 100 °C (212 °F) ซึ่งเป็นจุดเดือดของน้ำที่ความดันบรรยากาศ 1 บรรยากาศ และด้วยวิธีนี้จึงเพิ่มประสิทธิภาพของวงจรไอน้ำได้

เพื่อความปลอดภัย เครื่องจักรไอน้ำเกือบทั้งหมดจึงติดตั้งกลไกตรวจสอบหม้อไอน้ำ เช่นมาตรวัดความดันและกระจกมองระดับน้ำ

เครื่องยนต์หลายชนิด ทั้งแบบอยู่กับที่และแบบเคลื่อนที่ ต่างก็ติดตั้งตัวควบคุม ความเร็วรอบ เพื่อควบคุมความเร็วรอบของเครื่องยนต์โดยไม่ต้องมีการแทรกแซงจากมนุษย์

เครื่องมือที่มีประโยชน์ที่สุดสำหรับการวิเคราะห์ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ไอน้ำคือตัวบ่งชี้เครื่องยนต์ไอน้ำ รุ่นแรกๆ ถูกนำมาใช้ในปี พ.ศ. 2494 ^{[ 62 ]}แต่ตัวบ่งชี้ที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดได้รับการพัฒนาโดย Charles Richard สำหรับนักประดิษฐ์และผู้ผลิตเครื่องยนต์ความเร็วสูง Charles Porter และจัดแสดงในงานนิทรรศการลอนดอนในปี พ.ศ. 2405 ^{[ 33 ]}ตัวบ่งชี้เครื่องยนต์ไอน้ำจะบันทึกความดันในกระบอกสูบลงบนกระดาษตลอดรอบการทำงาน ซึ่งสามารถใช้เพื่อระบุปัญหาต่างๆ และคำนวณกำลังม้าที่พัฒนาได้^{[ 63 ]}วิศวกร ช่างกล และผู้ตรวจสอบประกันภัยใช้เครื่องมือนี้เป็นประจำ ตัวบ่งชี้เครื่องยนต์ยังสามารถใช้กับเครื่องยนต์สันดาปภายในได้อีกด้วย ดูภาพไดอะแกรมตัวบ่งชี้ด้านล่าง (ใน ส่วน ประเภทของหน่วยมอเตอร์ )

เจมส์ วัตต์นำระบบควบคุมความเร็วแบบแรงเหวี่ยงมาใช้กับเครื่องยนต์ไอน้ำในปี 1788 หลังจากที่โบลตัน หุ้นส่วนของวัตต์ได้เห็นระบบควบคุมความเร็วแบบนี้ในเครื่องจักรของโรงสีแป้งที่โบลตันและวัตต์กำลังสร้างอยู่^{[ 64 ]}ระบบควบคุมความเร็วนี้ไม่สามารถรักษาความเร็วคงที่ได้จริง ๆ เพราะมันจะปรับความเร็วคงที่ใหม่ตามการเปลี่ยนแปลงของภาระ ระบบควบคุมความเร็วนี้สามารถจัดการกับการเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ น้อย ๆ ได้ เช่น การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากภาระความร้อนที่ผันผวนของหม้อไอน้ำ นอกจากนี้ ยังมีแนวโน้มที่จะเกิดการแกว่งเมื่อใดก็ตามที่มีการเปลี่ยนแปลงความเร็ว ด้วยเหตุนี้ เครื่องยนต์ที่ติดตั้งระบบควบคุมความเร็วแบบนี้เพียงอย่างเดียวจึงไม่เหมาะสำหรับการทำงานที่ต้องการความเร็วคงที่ เช่น การปั่นฝ้าย^{[ 65 ]}ระบบควบคุมความเร็วได้รับการปรับปรุงเมื่อเวลาผ่านไป และเมื่อรวมกับการตัดไอน้ำแบบแปรผัน การควบคุมความเร็วที่ดีตามการเปลี่ยนแปลงของภาระจึงสามารถทำได้ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19

ในเครื่องยนต์แบบง่าย หรือ "เครื่องยนต์ขยายตัวเดี่ยว" ไอน้ำจะไหลผ่านกระบวนการขยายตัวทั้งหมดในกระบอกสูบแต่ละกระบอก เครื่องยนต์แบบง่ายอาจมีกระบอกสูบหนึ่งกระบอกหรือมากกว่านั้น^{[ 66 ]}จากนั้นจะถูกระบายออกสู่บรรยากาศโดยตรงหรือเข้าสู่คอนเดนเซอร์ เมื่อไอน้ำขยายตัวขณะไหลผ่านเครื่องยนต์แรงดันสูง อุณหภูมิของไอน้ำจะลดลงเนื่องจากไม่มีการเพิ่มความร้อนให้กับระบบ ซึ่งเรียกว่าการขยายตัวแบบอะเดียแบติกและส่งผลให้ไอน้ำเข้าสู่กระบอกสูบที่อุณหภูมิสูงและออกจากกระบอกสูบที่อุณหภูมิต่ำกว่า ซึ่งทำให้เกิดวัฏจักรของการให้ความร้อนและการเย็นตัวของกระบอกสูบในทุกจังหวะ ซึ่งเป็นสาเหตุของความไม่มีประสิทธิภาพ^{[ 67 ]}

การสูญเสียประสิทธิภาพที่สำคัญที่สุดในเครื่องยนต์ไอน้ำแบบลูกสูบคือการควบแน่นและการระเหยกลับของไอน้ำในกระบอกสูบ กระบอกสูบไอน้ำและชิ้นส่วนโลหะ/ช่องที่อยู่ติดกันทำงานที่อุณหภูมิประมาณครึ่งหนึ่งระหว่างอุณหภูมิอิ่มตัวของไอน้ำที่เข้าสู่ระบบและอุณหภูมิอิ่มตัวที่สอดคล้องกับความดันไอเสีย เมื่อไอน้ำแรงดันสูงถูกส่งเข้าไปในกระบอกสูบทำงาน ไอน้ำอุณหภูมิสูงส่วนใหญ่จะควบแน่นเป็นหยดน้ำบนพื้นผิวโลหะ ซึ่งลดปริมาณไอน้ำที่ใช้ในการขยายตัวอย่างมาก เมื่อไอน้ำที่ขยายตัวถึงความดันต่ำ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงจังหวะไอเสีย) หยดน้ำที่เกาะอยู่ก่อนหน้านี้ซึ่งเพิ่งก่อตัวขึ้นภายในกระบอกสูบ/ช่องจะเดือดและระเหยไป (ระเหยกลับ) และไอน้ำนี้จะไม่ทำงานเพิ่มเติมในกระบอกสูบอีกต่อไป

มีข้อจำกัดในทางปฏิบัติเกี่ยวกับอัตราส่วนการขยายตัวของกระบอกสูบเครื่องยนต์ไอน้ำ เนื่องจากพื้นที่ผิวของกระบอกสูบที่เพิ่มขึ้นมีแนวโน้มที่จะทำให้ปัญหาการควบแน่นและการระเหยซ้ำของกระบอกสูบรุนแรงขึ้น ซึ่งทำให้ข้อดีทางทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับอัตราส่วนการขยายตัวสูงในกระบอกสูบแต่ละกระบอกหมดไป^{[ 68 ]}

ในปี ค.ศ. 1804 วิศวกรชาวอังกฤษชื่อ อาร์เธอร์ วูล์ฟได้คิดค้นวิธีการลดขนาดของการสูญเสียพลังงานในกระบอกสูบที่ยาวมากและจดสิทธิบัตรเครื่องยนต์แรงดันสูงแบบผสมของวูล์ฟในปี ค.ศ. 1805 ในเครื่องยนต์แบบผสม ไอน้ำแรงดันสูงจากหม้อไอน้ำจะขยายตัวในกระบอกสูบแรงดันสูง (HP) จากนั้นจึงเข้าสู่ กระบอกสูบแรงดันต่ำ (LP)หนึ่งกระบอกหรือมากกว่านั้นการขยายตัวของไอน้ำอย่างสมบูรณ์เกิดขึ้นในหลายกระบอกสูบ โดยอุณหภูมิที่ลดลงโดยรวมภายในแต่ละกระบอกสูบจะลดลงอย่างมาก การขยายตัวของไอน้ำเป็นขั้นๆ ด้วยช่วงอุณหภูมิที่แคบลง (ภายในแต่ละกระบอกสูบ) จะช่วยลดปัญหาประสิทธิภาพการควบแน่นและการระเหยซ้ำ (ที่อธิบายไว้ข้างต้น) ซึ่งจะช่วยลดขนาดของการให้ความร้อนและการทำให้เย็นของกระบอกสูบ เพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ การแบ่งการขยายตัวออกเป็นหลายกระบอกสูบจะช่วยลดความแปรผันของแรงบิดได้^{[ 26 ]}เพื่อให้ได้งานที่เท่ากันจากกระบอกสูบแรงดันต่ำ จำเป็นต้องใช้ปริมาตรกระบอกสูบที่ใหญ่ขึ้น เนื่องจากไอน้ำนี้มีปริมาตรมากกว่า ดังนั้น เส้นผ่านศูนย์กลางกระบอกสูบ และในบางกรณีระยะชัก จะเพิ่มขึ้นในกระบอกสูบแรงดันต่ำ ส่งผลให้กระบอกสูบมีขนาดใหญ่ขึ้น^{[ 26 ]}

เครื่องยนต์ แบบขยายตัวสองรอบ (โดยทั่วไปเรียกว่าเครื่องยนต์แบบผสม ) ขยายไอน้ำในสองขั้นตอน อาจมีการทำสำเนาคู่กัน หรืออาจแบ่งงานของกระบอกสูบแรงดันต่ำขนาดใหญ่ด้วยกระบอกสูบแรงดันสูงหนึ่งกระบอกที่ปล่อยไอเสียไปยังกระบอกสูบแรงดันต่ำสองกระบอก ทำให้ได้โครงสร้างแบบสามกระบอกสูบ โดยที่เส้นผ่านศูนย์กลางของกระบอกสูบและลูกสูบมีขนาดใกล้เคียงกัน ทำให้มวลที่เคลื่อนที่ไปมาสามารถรักษาสมดุลได้ง่ายขึ้น^{[ 26 ]}

เครื่องยนต์สองสูบสามารถจัดเรียงได้ดังนี้:

• คอมปาวนด์ไขว้ : หรือที่รู้จักกันในชื่อคอมปาวนด์ 'ตัวรับ' กระบอกสูบที่อยู่นอกเฟส (< 180°) จำเป็นต้องใช้ 'ตัวรับ' ไอเสีย ซึ่งโดยปกติแล้วก็คือห้องวาล์วหรือตัวเรือนวาล์วนั่นเอง
• สารประกอบวูล์ฟ : ทรงกระบอกอยู่ในเฟสเดียวกันหรือเลื่อนเฟสไป 180°
• เครื่องยนต์คอมปาวด์แบบแทนเดม : เป็นรูปแบบหนึ่งของเครื่องยนต์คอมปาวด์แบบวูล์ฟ กระบอกสูบวางต่อกันเป็นแนวตรง ขับเคลื่อนก้านสูบ ร่วมกัน
• เครื่องยนต์คอมปาวด์แบบมุม : เป็นรูปแบบหนึ่งของเครื่องยนต์คอมปาวด์แบบไขว้ กระบอกสูบจัดเรียงเป็นรูปตัว V (โดยปกติจะทำมุม 90°) และขับเคลื่อนข้อเหวี่ยงร่วมกัน

สำหรับเครื่องยนต์คอมปาวด์สองสูบที่ใช้ในงานรถไฟ ลูกสูบจะเชื่อมต่อกับข้อเหวี่ยงเหมือนกับเครื่องยนต์สองสูบธรรมดา โดยทำมุม 90° ต่อกัน ( แบ่งเป็นสี่ส่วน ) เมื่อกลุ่มขยายตัวสองเท่าถูกทำซ้ำ ทำให้เกิดเครื่องยนต์คอมปาวด์สี่สูบ ลูกสูบแต่ละตัวภายในกลุ่มมักจะสมดุลกันที่ 180° โดยกลุ่มต่างๆ จะทำมุม 90° ต่อกัน ในกรณีหนึ่ง ( คอมปาวด์ Vauclain ประเภทแรก ) ลูกสูบทำงานในเฟสเดียวกันโดยขับเคลื่อนครอสเฮดและข้อเหวี่ยงร่วมกัน ซึ่งทำมุม 90° เช่นเดียวกับเครื่องยนต์สองสูบ สำหรับการจัดเรียงคอมปาวด์สามสูบ ข้อเหวี่ยง LP จะทำมุม 90° โดยข้อเหวี่ยง HP ทำมุม 135° กับอีกสองข้อเหวี่ยง หรือในบางกรณี ข้อเหวี่ยงทั้งสามจะทำมุม 120° ต่อกัน^{[ 69 ]}

การนำระบบคอมพาวด์มาใช้เป็นเรื่องปกติสำหรับหน่วยอุตสาหกรรม เครื่องยนต์บนถนน และเกือบจะเป็นสากลสำหรับเครื่องยนต์ทางทะเลหลังจากปี 1880 แต่ไม่เป็นที่นิยมในหัวรถจักรของรถไฟ ซึ่งมักถูกมองว่าซับซ้อน ส่วนหนึ่งเป็นเพราะสภาพแวดล้อมการใช้งานรถไฟที่รุนแรงและพื้นที่จำกัดที่กำหนดโดยขนาดรางบรรทุก (โดยเฉพาะในสหราชอาณาจักร ซึ่งระบบคอมพาวด์ไม่เคยเป็นที่นิยมและไม่ได้นำมาใช้หลังจากปี 1930) อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะไม่เคยเป็นส่วนใหญ่ แต่ก็เป็นที่นิยมในหลายประเทศ^{[ 70 ]}

การแบ่งการขยายตัวออกเป็นหลายขั้นตอนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ เป็นการต่อยอดอย่างมีเหตุผลจากเครื่องยนต์แบบผสม (ที่อธิบายไว้ข้างต้น) ผลลัพธ์ที่ได้คือเครื่องยนต์แบบขยายตัวหลายขั้นตอน เครื่องยนต์ดังกล่าวใช้ขั้นตอนการขยายตัวสามหรือสี่ขั้นตอน และรู้จักกันในชื่อเครื่องยนต์แบบขยายตัวสามขั้น ตอน และสี่ขั้นตอนตามลำดับ เครื่องยนต์เหล่านี้ใช้กระบอกสูบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ กระบอกสูบเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อแบ่งงานออกเป็นส่วนเท่าๆ กันสำหรับแต่ละขั้นตอนการขยายตัว เช่นเดียวกับเครื่องยนต์แบบขยายตัวสองขั้นตอน หากพื้นที่จำกัด อาจใช้กระบอกสูบขนาดเล็กสองกระบอกสำหรับขั้นตอนแรงดันต่ำ เครื่องยนต์แบบขยายตัวหลายขั้นตอนโดยทั่วไปจะมีกระบอกสูบเรียงกันเป็นเส้นตรง แต่ก็มีการใช้รูปแบบอื่นๆ ด้วยเช่นกัน ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 ระบบการปรับสมดุลของ Yarrow-Schlick-Tweedyถูกนำมาใช้กับเครื่องยนต์แบบขยายตัวสามขั้นตอนสำหรับเรือเดินทะเล บางรุ่น เครื่องยนต์ YST แบ่งขั้นตอนการขยายตัวแรงดันต่ำระหว่างกระบอกสูบสองกระบอก โดยวางไว้ที่ปลายแต่ละด้านของเครื่องยนต์ วิธีนี้ช่วยให้เพลาข้อเหวี่ยงมีความสมดุลมากขึ้น ส่งผลให้เครื่องยนต์ทำงานได้ราบรื่น ตอบสนองเร็วขึ้น และมีการสั่นสะเทือนน้อยลง ด้วยเหตุนี้ เครื่องยนต์แบบสี่สูบสามจังหวะจึงได้รับความนิยมในเรือโดยสารขนาดใหญ่ (เช่น เรือชั้นโอลิมปิก ) แต่ในที่สุดก็ถูกแทนที่ด้วยเครื่องยนต์กังหัน ที่มีการสั่นสะเทือนน้อยมาก อย่างไรก็ตาม เป็นที่น่าสังเกตว่าเครื่องยนต์ไอน้ำแบบลูกสูบสามจังหวะถูกนำมาใช้ขับเคลื่อน เรือลิเบอร์ตี้ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองซึ่งเป็นจำนวนเรือที่เหมือนกันมากที่สุดเท่าที่เคยสร้างมา เรือกว่า 2,700 ลำถูกสร้างขึ้นในสหรัฐอเมริกา โดยใช้แบบดั้งเดิมของอังกฤษ

ภาพในส่วนนี้แสดงภาพเคลื่อนไหวของเครื่องยนต์แบบขยายตัวสามขั้นตอน ไอน้ำไหลผ่านเครื่องยนต์จากซ้ายไปขวา กล่องวาล์วสำหรับแต่ละกระบอกสูบจะอยู่ทางด้านซ้ายของกระบอกสูบนั้นๆ

เครื่องยนต์ไอน้ำบนบกสามารถระบายไอน้ำสู่บรรยากาศได้ เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วน้ำป้อนหาได้ง่าย ก่อนและระหว่างสงครามโลกครั้งที่ 1เครื่องยนต์ขยายตัวมีบทบาทสำคัญในการใช้งานทางทะเล ซึ่งความเร็วของเรือไม่ใช่สิ่งจำเป็น อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ขยายตัวถูกแทนที่ด้วยกังหันไอน้ำ ซึ่งเป็นสิ่งประดิษฐ์ของอังกฤษ ในกรณีที่ต้องการความเร็ว เช่น ในเรือรบ เช่นเรือประจัญบานเดรดนอตและเรือเดินสมุทร เรือ HMS Dreadnought  ในปี 1905 เป็นเรือรบขนาดใหญ่ลำแรกที่เปลี่ยนเทคโนโลยีเครื่องยนต์ลูกสูบที่ได้รับการพิสูจน์แล้วด้วยกังหันไอน้ำซึ่งเป็นเทคโนโลยีใหม่ในขณะนั้น^{[ 71 ]}

ในเครื่องยนต์ลูกสูบแบบเคลื่อนที่ขึ้นลงส่วนใหญ่ ไอน้ำจะเปลี่ยนทิศทางการไหลในแต่ละจังหวะ (การไหลสวนทาง) โดยเข้าและออกจากปลายกระบอกสูบด้านเดียวกัน วัฏจักรของเครื่องยนต์ทั้งหมดใช้เวลาการหมุนของข้อเหวี่ยงหนึ่งรอบและจังหวะลูกสูบสองจังหวะ วัฏจักรยังประกอบด้วยเหตุการณ์ สี่อย่าง ได้แก่ การดูด การขยายตัว การระบาย และการอัด เหตุการณ์เหล่านี้ถูกควบคุมโดยวาล์วซึ่งมักทำงานอยู่ภายในห้องไอน้ำ ที่อยู่ติดกับกระบอกสูบ วาล์วจะกระจายไอน้ำโดยการเปิดและปิด พอร์ตไอน้ำที่เชื่อมต่อกับปลายกระบอกสูบ และถูกขับเคลื่อนโดยกลไกวาล์วซึ่งมีหลายประเภท^{[ 72 ]}

กลไกวาล์วที่ง่ายที่สุดจะให้เหตุการณ์ที่มีความยาวคงที่ในระหว่างรอบการทำงานของเครื่องยนต์ และมักจะทำให้เครื่องยนต์หมุนไปในทิศทางเดียวเท่านั้น อย่างไรก็ตาม หลายกลไกมีกลไก การกลับทิศทาง ซึ่งยังสามารถช่วยประหยัดไอน้ำได้ เนื่องจากความเร็วและโมเมนตัมจะเพิ่มขึ้นโดยการ "ลดระยะเวลาการตัด " หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ลดระยะเวลาการป้อนไอน้ำ ซึ่งจะทำให้ระยะเวลาการขยายตัวยาวขึ้นตามสัดส่วน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวาล์วตัวเดียวกันมักจะควบคุมการไหลของไอน้ำทั้งสอง การตัดที่สั้นเกินไปในขั้นตอนการป้อนไอน้ำจะส่งผลเสียต่อระยะเวลาการระบายและการอัด ซึ่งควรจะคงที่เสมอ หากการระบายสั้นเกินไป ไอน้ำที่ระบายออกทั้งหมดจะไม่สามารถระบายออกจากกระบอกสูบได้ ทำให้เกิดการอุดตันและมีการอัดมากเกินไป ( "kick back" ) ^{[ 73 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1840 และ 1850 มีความพยายามที่จะแก้ไขปัญหานี้โดยใช้กลไกวาล์วแบบต่างๆ ที่ได้รับการจดสิทธิบัตร โดยมีวาล์วขยาย ตัวแบบแยกส่วนที่ สามารถปรับการตัดได้ ติดตั้งอยู่ด้านหลังของวาล์วเลื่อนหลัก ซึ่งโดยปกติแล้ววาล์วเลื่อนหลักจะมีค่าการตัดคงที่หรือจำกัด การจัดวางแบบรวมกันนี้ให้ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงกับเหตุการณ์ในอุดมคติ แต่ต้องแลกมาด้วยแรงเสียดทานและการสึกหรอที่เพิ่มขึ้น และกลไกมักจะซับซ้อน วิธีแก้ปัญหาแบบประนีประนอมที่ใช้กันโดยทั่วไปคือการเพิ่มระยะซ้อนทับโดยการยืดพื้นผิวเสียดสีของวาล์วในลักษณะที่ซ้อนทับกับช่องด้านทางเข้า ส่งผลให้ด้านไอเสียยังคงเปิดอยู่นานขึ้นหลังจากที่การตัดที่ด้านทางเข้าเกิดขึ้นแล้ว วิธีนี้ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปว่าน่าพอใจสำหรับวัตถุประสงค์ส่วนใหญ่ และทำให้สามารถใช้กลไกแบบStephenson , JoyและWalschaerts ที่เรียบง่ายกว่าได้ กลไก วาล์วแบบป๊อปเป็ตของ Corlissและในภายหลังมีวาล์วทางเข้าและทางออกแยกกัน ขับเคลื่อนด้วยกลไกการปลดล็อกหรือลูกเบี้ยวที่ออกแบบมาเพื่อให้เกิดเหตุการณ์ในอุดมคติ เกียร์เหล่านี้ส่วนใหญ่ไม่ประสบความสำเร็จนอกตลาดที่อยู่กับที่เนื่องจากปัญหาต่างๆ รวมถึงการรั่วไหลและกลไกที่บอบบางกว่า^{[ 70 ] [ 74 ]}

ก่อนที่ขั้นตอนการระบายไอเสียจะเสร็จสมบูรณ์ วาล์วด้านไอเสียจะปิดลง ปิดกั้นไอน้ำส่วนหนึ่งภายในกระบอกสูบ การกระทำนี้จะกำหนดขั้นตอนการอัด ซึ่งจะเกิดไอน้ำเป็นชั้นรองรับที่ลูกสูบทำงานในขณะที่ความเร็วของลูกสูบลดลงอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ยังช่วยป้องกันการเปลี่ยนแปลงความดันและอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ซึ่งอาจเกิดขึ้นจากการปล่อยไอน้ำแรงดันสูงอย่างกะทันหันในช่วงเริ่มต้นของรอบการทำงานถัดไป

ผลกระทบข้างต้นได้รับการเสริมให้ดียิ่งขึ้นด้วยการให้ตัวนำ : ดังที่ค้นพบในภายหลังกับเครื่องยนต์สันดาปภายในพบว่าเป็นประโยชน์ตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษที่ 1830 ที่จะเร่งขั้นตอนการรับอากาศ โดยให้ตัวนำ วาล์ว เพื่อให้การรับอากาศเกิดขึ้นก่อนสิ้นสุดจังหวะไอเสียเล็กน้อย เพื่อเติมปริมาตรช่องว่างที่ประกอบด้วยพอร์ตและปลายกระบอกสูบ (ไม่ใช่ส่วนหนึ่งของปริมาตรที่ลูกสูบกวาด) ก่อนที่ไอน้ำจะเริ่มออกแรงกระทำต่อลูกสูบ^{[ 75 ]}

เครื่องยนต์แบบไหลทางเดียว (Uniflow engine) พยายามแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นจากวัฏจักรการไหลสวนทางแบบปกติ ซึ่งในแต่ละจังหวะ ไอน้ำเสียที่ไหลผ่านจะทำให้ช่องและผนังกระบอกสูบเย็นลง ในขณะที่ไอน้ำร้อนที่ไหลเข้ามาจะสูญเสียพลังงานบางส่วนไปกับการรักษาอุณหภูมิการทำงาน จุดมุ่งหมายของเครื่องยนต์แบบไหลทางเดียวคือการแก้ไขข้อบกพร่องนี้และปรับปรุงประสิทธิภาพโดยการเพิ่มช่องอีกหนึ่งช่องที่ไม่มีลูกสูบปิดในตอนท้ายของแต่ละจังหวะ ทำให้ไอน้ำไหลไปในทิศทางเดียวเท่านั้น ด้วยวิธีนี้ เครื่องยนต์แบบไหลทางเดียวแบบขยายตัวอย่างง่ายจะให้ประสิทธิภาพเทียบเท่ากับระบบแบบผสมแบบคลาสสิก โดยมีข้อได้เปรียบเพิ่มเติมคือประสิทธิภาพการทำงานที่โหลดบางส่วนที่เหนือกว่า และประสิทธิภาพที่เทียบได้กับกังหันสำหรับเครื่องยนต์ขนาดเล็กที่มีกำลังต่ำกว่าหนึ่งพันแรงม้า อย่างไรก็ตาม การไล่ระดับการขยายตัวทางความร้อนที่เครื่องยนต์แบบไหลทางเดียวสร้างขึ้นตามผนังกระบอกสูบทำให้เกิดปัญหาในทางปฏิบัติ

กังหันไอน้ำประกอบด้วยโรเตอร์ (แผ่นดิสก์หมุนได้) หนึ่งตัวหรือมากกว่านั้น ติดตั้งอยู่บนเพลาขับ สลับกับสเตเตอร์ (แผ่นดิสก์คงที่) หลายตัวที่ยึดติดกับตัวเรือนกังหัน โรเตอร์มีใบพัดเรียงตัวคล้ายใบพัดเครื่องบินที่ขอบด้านนอก ไอน้ำจะกระทำต่อใบพัดเหล่านี้ ทำให้เกิดการหมุน สเตเตอร์ประกอบด้วยใบพัดที่คล้ายกัน แต่ติดตั้งอยู่กับที่ ทำหน้าที่เปลี่ยนทิศทางการไหลของไอน้ำไปยังโรเตอร์ขั้นถัดไป กังหันไอน้ำมักจะระบายไอเสียออกไปยังคอนเดนเซอร์แบบพื้นผิวที่สร้างสุญญากาศ โดยทั่วไปแล้ว ขั้นตอนต่างๆ ของกังหันไอน้ำจะถูกจัดเรียงเพื่อดึงงานที่มีศักยภาพสูงสุดจากความเร็วและความดันของไอน้ำที่กำหนด ทำให้เกิดขั้นตอนแรงดันสูงและต่ำที่มีขนาดแตกต่างกัน กังหันจะมีประสิทธิภาพก็ต่อเมื่อหมุนด้วยความเร็วค่อนข้างสูง ดังนั้นจึงมักเชื่อมต่อกับเกียร์ทดรอบเพื่อขับเคลื่อนการใช้งานที่ความเร็วต่ำ เช่น ใบพัดเรือ ในโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ส่วนใหญ่ กังหันจะเชื่อมต่อโดยตรงกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยไม่มีเกียร์ทดรอบ โดยทั่วไปแล้ว ความเร็วรอบของกังหันจะอยู่ที่ 3600 รอบต่อนาที (RPM) ในสหรัฐอเมริกาที่มีกระแสไฟฟ้า 60 เฮิรตซ์ และ 3000 รอบต่อนาทีในยุโรปและประเทศอื่นๆ ที่ใช้ระบบไฟฟ้า 50 เฮิรตซ์ สำหรับการใช้งานในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เนื่องจากขนาดที่ใหญ่โตมหาศาล กังหันจึงมักทำงานที่ความเร็วครึ่งหนึ่งของความเร็วเหล่านี้ คือ 1800 รอบต่อนาที และ 1500 รอบต่อนาที นอกจากนี้ ใบพัดกังหันยังสามารถผลิตพลังงานได้เฉพาะเมื่อหมุนไปในทิศทางเดียวเท่านั้น ดังนั้นจึงมักต้องใช้ชุดกลับทิศทางหรือเกียร์ทดรอบเมื่อต้องการพลังงานในทิศทางตรงกันข้าม

กังหันไอน้ำให้แรงหมุนโดยตรง ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้กลไกเชื่อมต่อเพื่อแปลงการเคลื่อนที่แบบลูกสูบเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุน ด้วยเหตุนี้ จึงทำให้เกิดแรงหมุนที่ราบรื่นกว่าบนเพลาส่งกำลัง ซึ่งส่งผลให้ความต้องการในการบำรุงรักษาน้อยลงและการสึกหรอของเครื่องจักรที่ใช้พลังงานจากกังหันไอน้ำน้อยกว่าเครื่องยนต์ลูกสูบที่มีขนาดใกล้เคียงกัน

การใช้งานหลักของกังหันไอน้ำคือการผลิตไฟฟ้า (ในช่วงทศวรรษ 1990 ประมาณ 90% ของการผลิตไฟฟ้าทั่วโลกใช้กังหันไอน้ำ) ^{[ 6 ]}อย่างไรก็ตาม การใช้งานอย่างแพร่หลายของหน่วยกังหันก๊าซขนาดใหญ่และโรงไฟฟ้าแบบวงจรผสมทั่วไปในปัจจุบัน ส่งผลให้เปอร์เซ็นต์นี้ลดลงเหลือประมาณ 80% สำหรับกังหันไอน้ำ ในการผลิตไฟฟ้า ความเร็วในการหมุนของกังหันที่สูงนั้นสอดคล้องกับความเร็วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสมัยใหม่ ซึ่งโดยทั่วไปจะเชื่อมต่อโดยตรงกับกังหันขับเคลื่อน ในการใช้งานทางทะเล (โดยเริ่มจากเรือTurbinia ) กังหันไอน้ำที่มีเกียร์ทดรอบ (แม้ว่าเรือ Turbinia จะมีกังหันต่อตรงกับใบพัดโดยไม่มีเกียร์ทดรอบ) มีบทบาทสำคัญในการขับเคลื่อนเรือขนาดใหญ่ตลอดช่วงปลายศตวรรษที่ 20 เนื่องจากมีประสิทธิภาพมากกว่า (และต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่ามาก) เครื่องยนต์ไอน้ำแบบลูกสูบ ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา เครื่องยนต์ดีเซลแบบลูกสูบและกังหันก๊าซได้เข้ามาแทนที่การขับเคลื่อนด้วยไอน้ำสำหรับการใช้งานทางทะเลเกือบทั้งหมด

โรง ไฟฟ้านิวเคลียร์เกือบทั้งหมดผลิตกระแสไฟฟ้าโดยการให้ความร้อนแก่น้ำเพื่อสร้างไอน้ำที่ขับเคลื่อนกังหันที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเรือและเรือดำน้ำที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์จะใช้กังหันไอน้ำโดยตรงสำหรับการขับเคลื่อนหลัก โดยมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้พลังงานเสริม หรือใช้ระบบส่งกำลังแบบเทอร์โบไฟฟ้า โดย ไอน้ำจะขับเคลื่อน ชุด เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเทอร์โบ โดยมีมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นตัวขับเคลื่อน มีการผลิต หัวรถจักรไอน้ำแบบกังหันจำนวนจำกัดหัวรถจักรแบบขับตรงที่ไม่ใช้การควบแน่นบางรุ่นประสบความสำเร็จบ้างในการขนส่งสินค้าทางไกลในสวีเดนและสำหรับการขนส่งผู้โดยสารด่วนในสหราชอาณาจักรแต่ก็ไม่ได้มีการผลิตซ้ำ ในที่อื่นๆ โดยเฉพาะในสหรัฐอเมริกา มีการสร้างแบบที่ทันสมัยกว่าโดยใช้ระบบส่งกำลังไฟฟ้าเพื่อการทดลอง แต่ก็ไม่ได้มีการผลิตซ้ำ พบว่ากังหันไอน้ำไม่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมของทางรถไฟ และหัวรถจักรเหล่านี้ล้มเหลวในการแทนที่หน่วยไอน้ำแบบลูกสูบแบบดั้งเดิมในแบบที่ระบบขับเคลื่อนดีเซลและไฟฟ้าสมัยใหม่ทำได้

เครื่องยนต์ไอน้ำแบบกระบอกสูบแกว่งเป็นรูปแบบหนึ่งของเครื่องยนต์ไอน้ำแบบขยายตัวอย่างง่ายซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้วาล์วในการนำไอน้ำเข้าและออกจากกระบอกสูบ แทนที่จะใช้วาล์ว กระบอกสูบทั้งหมดจะแกว่งหรือแกว่งไปมาจนรูหนึ่งรูหรือมากกว่าในกระบอกสูบตรงกับรูในหน้าพอร์ตคงที่หรือในแท่นยึดแกนหมุน ( แกนหมุน ) เครื่องยนต์เหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้ในของเล่นและแบบจำลองเนื่องจากความเรียบง่าย แต่ก็มีการนำไปใช้ในเครื่องยนต์ขนาดใช้งานจริงด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรือซึ่งความกะทัดรัดเป็นที่ต้องการ^{[ 76 ]}

เป็นไปได้ที่จะใช้กลไกที่อิงจากเครื่องยนต์โรตารี่แบบไม่มีลูกสูบเช่นเครื่องยนต์แวนเคลแทนที่กระบอกสูบและกลไกวาล์วของเครื่องยนต์ไอน้ำแบบลูกสูบทั่วไป เครื่องยนต์ดังกล่าวได้รับการออกแบบมามากมายตั้งแต่สมัยของเจมส์ วัตต์ จนถึงปัจจุบัน แต่มีเพียงไม่กี่เครื่องที่ถูกสร้างขึ้นจริง และมีน้อยมากที่ผลิตในปริมาณมาก ดูลิงก์ที่ด้านล่างของบทความสำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม ปัญหาหลักคือความยากลำบากในการปิดผนึกโรเตอร์เพื่อให้ไอน้ำรั่วซึมได้เมื่อเผชิญกับการสึกหรอและการขยายตัวทางความร้อนการรั่วไหลที่เกิดขึ้นทำให้ประสิทธิภาพลดลงอย่างมาก การขาดการทำงานที่ยืดหยุ่น หรือวิธีการควบคุมการตัดการทำงานก็เป็นปัญหาสำคัญในหลายๆ การออกแบบดังกล่าวเช่นกัน

ในช่วงทศวรรษ 1840 เป็นที่ชัดเจนว่าแนวคิดนี้มีปัญหาในตัว และเครื่องยนต์แบบโรตารี่ก็ถูกเยาะเย้ยในสื่อทางเทคนิค อย่างไรก็ตาม การมาถึงของไฟฟ้าและข้อดีที่เห็นได้ชัดของการขับเคลื่อนไดนาโมโดยตรงจากเครื่องยนต์ความเร็วสูง นำไปสู่การฟื้นฟูความสนใจในเรื่องนี้ในช่วงทศวรรษ 1880 และ 1890 และการออกแบบบางแบบก็ประสบความสำเร็จในระดับหนึ่ง

ในบรรดาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังไอน้ำจำนวนน้อยที่ผลิตออกมาเป็นจำนวนมาก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังไอน้ำแบบโรตารี่ของบริษัท Hult Brothers แห่งสตอกโฮล์ม ประเทศสวีเดน และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังไอน้ำทรงกลมของหอคอยโบแชมป์นั้นมีความโดดเด่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของหอคอยถูกนำไปใช้โดยการรถไฟสายตะวันออกใหญ่เพื่อขับเคลื่อนไดนาโมสำหรับให้แสงสว่างบนหัวรถจักร และโดยกองทัพเรือเพื่อขับเคลื่อนไดนาโมบนเรือของราชนาวีอังกฤษ ในที่สุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังไอน้ำแบบโรตารี่ก็ถูกแทนที่ด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังไอน้ำแบบกังหันในงานเฉพาะกลุ่มเหล่านี้

เอโอลิไพล์ (Aeolipile)เป็นตัวอย่างการใช้ไอน้ำโดยอาศัยหลักการปฏิกิริยาของจรวดแม้ว่าจะไม่ได้ใช้เพื่อการขับเคลื่อนโดยตรงก็ตาม

ในยุคสมัยใหม่มีการใช้ไอน้ำอย่างจำกัดสำหรับจรวด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับรถจรวด จรวดไอน้ำทำงานโดยการเติมน้ำร้อนลงในภาชนะรับแรงดันด้วยแรงดันสูงและเปิดวาล์วที่นำไปสู่หัวฉีดที่เหมาะสม การลดลงของแรงดันจะทำให้น้ำบางส่วนเดือดทันทีและไอน้ำจะออกมาทางหัวฉีด ทำให้เกิดแรงขับเคลื่อน^{[ 77 ]}

รถม้าของ เฟอร์ดินานด์ แวร์บิสต์ในปี ค.ศ. 1679 ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์เอโอลิไพล์

เครื่องจักรไอน้ำมีหม้อไอน้ำและส่วนประกอบอื่นๆ ที่เป็นภาชนะรับแรงดันซึ่งมีพลังงานศักยภาพสูงมาก การรั่วไหลของไอน้ำและการระเบิดของหม้อไอน้ำ (โดยทั่วไปเรียกว่าBLEVE ) สามารถและเคยทำให้เกิดการสูญเสียชีวิตจำนวนมากในอดีต แม้ว่ามาตรฐานอาจแตกต่างกันไปในแต่ละประเทศ แต่ก็มีการใช้กฎหมาย การทดสอบ การฝึกอบรม การดูแลในการผลิต การใช้งาน และการรับรองอย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัย

ลักษณะความล้มเหลวอาจรวมถึง:

• การเพิ่มแรงดันในหม้อไอน้ำมากเกินไป
• ปริมาณน้ำในหม้อไอน้ำไม่เพียงพอ ทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปและเกิดความเสียหายกับตัวถัง
• การสะสมของตะกอนและคราบตะกรันทำให้เกิดจุดร้อนเฉพาะที่ โดยเฉพาะในเรือเดินสมุทรที่ใช้น้ำป้อนที่ไม่สะอาด
• ความเสียหายของภาชนะรับแรงดันของหม้อไอน้ำเนื่องจากการก่อสร้างหรือการบำรุงรักษาที่ไม่เหมาะสม
• ไอน้ำรั่วออกจากท่อ/หม้อไอน้ำ ทำให้เกิดแผลลวก

เครื่องจักรไอน้ำมักมีกลไกอิสระสองอย่างเพื่อป้องกันไม่ให้ความดันในหม้อไอน้ำสูงเกินไป กลไกหนึ่งสามารถปรับได้โดยผู้ใช้ ส่วนอีกกลไกหนึ่งมักถูกออกแบบมาเพื่อเป็นระบบป้องกันความปลอดภัยขั้นสุดท้ายวาล์วนิรภัย แบบ ดั้งเดิมใช้คันโยกแบบง่ายๆ เพื่อยึดวาล์วแบบปลั๊กที่ด้านบนของหม้อไอน้ำ ปลายด้านหนึ่งของคันโยกมีน้ำหนักหรือสปริงที่ยึดวาล์วไว้กับแรงดันไอน้ำ วาล์วรุ่นแรกๆ สามารถปรับได้โดยคนขับรถไฟ ซึ่งนำไปสู่อุบัติเหตุมากมายเมื่อคนขับขันวาล์วลงเพื่อเพิ่มแรงดันไอน้ำและกำลังจากเครื่องยนต์ วาล์วนิรภัยแบบใหม่กว่าใช้แบบปรับได้ที่มีสปริงอยู่ภายใน ซึ่งถูกล็อคไว้เพื่อป้องกันไม่ให้ผู้ใช้งานปรับแต่งได้ เว้นแต่จะมีการแกะซีลออกอย่างผิดกฎหมาย การจัดเรียงแบบนี้ปลอดภัยกว่ามาก

อาจมี ปลั๊กหลอมละลายที่ทำจากตะกั่วอยู่ในส่วนบนสุดของห้องเผาไหม้ของหม้อไอน้ำ หากระดับน้ำลดลงจนอุณหภูมิของส่วนบนสุดของห้องเผาไหม้สูงขึ้นอย่างมากตะกั่วจะละลายและไอน้ำจะพุ่งออกมา เป็นการเตือนผู้ปฏิบัติงาน ซึ่งอาจทำการดับไฟด้วยตนเองได้ ยกเว้นในหม้อไอน้ำขนาดเล็กมาก การพุ่งออกมาของไอน้ำแทบไม่มีผลต่อการลดความร้อนของไฟ นอกจากนี้ ปลั๊กยังมีพื้นที่เล็กเกินไปที่จะลดความดันไอน้ำลงอย่างมีนัยสำคัญ หากมีขนาดใหญ่กว่านี้ ปริมาณไอน้ำที่พุ่งออกมาจะก่อให้เกิดอันตรายต่อลูกเรือได้

วัฏจักรแรงไคน์เป็นพื้นฐานทางเทอร์โมไดนามิกของเครื่องยนต์ไอน้ำ วัฏจักรนี้เป็นการจัดเรียงส่วนประกอบต่างๆ ที่มักใช้สำหรับการผลิตพลังงานอย่างง่าย และใช้การเปลี่ยนแปลงสถานะของน้ำ (น้ำเดือดกลายเป็นไอน้ำ ควบแน่นไอน้ำเสีย กลายเป็นน้ำเหลว) เพื่อสร้างระบบแปลงความร้อนเป็นพลังงานที่ใช้งานได้จริง ความร้อนจะถูกส่งจากภายนอกไปยังวงจรปิด โดยความร้อนบางส่วนที่เพิ่มเข้ามาจะถูกแปลงเป็นงาน และความร้อนส่วนเกินจะถูกกำจัดออกในคอนเดนเซอร์ วัฏจักรแรงไคน์ถูกใช้ในแอปพลิเคชันการผลิตพลังงานไอน้ำเกือบทั้งหมด ในช่วงทศวรรษ 1990 วัฏจักรไอน้ำแรงไคน์ผลิตพลังงานไฟฟ้าประมาณ 90% ของพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดที่ใช้ทั่วโลก รวมถึงโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ชีวมวลถ่านหินและนิวเคลียร์ เกือบทั้งหมด ชื่อของวัฏจักร นี้ตั้งตามชื่อของวิลเลียม จอห์น แมคควอร์น แรงไคน์นักปราชญ์ชาวสก็อ ต^{[ 78 ]}

วัฏจักร Rankine บางครั้งเรียกว่าวัฏจักร Carnot ในทางปฏิบัติ เนื่องจากเมื่อใช้กังหันที่มีประสิทธิภาพแผนภาพ TSจะเริ่มคล้ายกับวัฏจักร Carnot ความแตกต่างหลักคือ การเพิ่มความร้อน (ในหม้อไอน้ำ) และการระบายความร้อน (ในคอนเดนเซอร์) เป็น กระบวนการความดันคงที่ ( isobaric ) ในวัฏจักร Rankine และ เป็นกระบวนการ อุณหภูมิคงที่ ( isothermal ) ในวัฏจักร Carnot ทางทฤษฎี ในวัฏจักรนี้ ปั๊มถูกใช้เพื่อเพิ่มความดันของสารทำงานซึ่งได้รับจากคอนเดนเซอร์ในรูปของเหลว ไม่ใช่ก๊าซ การสูบสารทำงานในรูปของเหลวในระหว่างวัฏจักรต้องใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับพลังงานที่จำเป็นในการอัดสารทำงานในรูปก๊าซในคอมเพรสเซอร์ (เช่นเดียวกับในวัฏจักร Carnot ) วัฏจักรของเครื่องยนต์ไอน้ำแบบลูกสูบแตกต่างจากของกังหันเนื่องจากการควบแน่นและการระเหยซ้ำเกิดขึ้นในกระบอกสูบหรือในทางเดินไอน้ำเข้า^{[ 67 ]}

ของเหลวทำงานในวัฏจักร Rankine สามารถทำงานเป็นระบบวงปิด ซึ่งของเหลวทำงานจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่อย่างต่อเนื่อง หรืออาจเป็นระบบ "วงเปิด" ซึ่งไอน้ำเสียจะถูกปล่อยสู่บรรยากาศโดยตรง และมีการจัดหาน้ำจากแหล่งแยกต่างหากเพื่อป้อนหม้อไอน้ำ โดยปกติแล้วน้ำเป็นของเหลวที่เลือกใช้เนื่องจากคุณสมบัติที่เหมาะสม เช่น ไม่เป็นพิษและไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมี มีปริมาณมาก ราคาถูก และมีคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกปรอทเป็นของเหลวทำงานในกังหันไอปรอท ไฮโดรคาร์บอนที่มีจุดเดือดต่ำสามารถใช้ในวัฏจักรแบบไบนารีได้^{[ 79 ]}

เครื่องจักรไอน้ำมีส่วนช่วยอย่างมากในการพัฒนาทฤษฎีเทอร์โมไดนามิก อย่างไรก็ตาม การประยุกต์ใช้ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์เพียงอย่างเดียวที่มีอิทธิพลต่อเครื่องจักรไอน้ำคือแนวคิดดั้งเดิมของการควบคุมพลังงานของไอน้ำและความดันบรรยากาศ และความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของความร้อนและไอน้ำ การวัดเชิงทดลองที่วัตต์ทำกับเครื่องจักรไอน้ำจำลองนำไปสู่การพัฒนาคอนเดนเซอร์แบบแยกส่วน วัตต์ค้นพบความร้อนแฝง โดยอิสระ ซึ่งได้รับการยืนยันโดยโจเซฟ แบล็ก ผู้ค้นพบดั้งเดิม ซึ่งยังให้คำแนะนำแก่วัตต์เกี่ยวกับขั้นตอนการทดลอง วัตต์ยังตระหนักถึงการเปลี่ยนแปลงจุดเดือดของน้ำตามความดันด้วย มิฉะนั้น การปรับปรุงเครื่องจักรเองนั้นมีลักษณะเชิงกลมากกว่า^{[ 22 ]}แนวคิดเทอร์โมไดนามิกของวัฏจักรแรงไคน์ทำให้วิศวกรมีความเข้าใจที่จำเป็นในการคำนวณประสิทธิภาพ ซึ่งช่วยในการพัฒนาหม้อไอน้ำแรงดันสูงและอุณหภูมิสูงสมัยใหม่และกังหันไอน้ำ

ประสิทธิภาพของวัฏจักรเครื่องยนต์สามารถคำนวณได้โดยการหารพลังงานที่ได้จากการทำงานเชิงกลของเครื่องยนต์ด้วยพลังงานที่ป้อนเข้าไปในเครื่องยนต์

การวัด ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของเครื่องจักรไอน้ำในอดีตคือ "หน้าที่การทำงาน" (duty) แนวคิดเรื่องหน้าที่การทำงานนี้ได้รับการแนะนำครั้งแรกโดย Watt เพื่อแสดงให้เห็นว่าเครื่องจักรของเขามีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องจักรที่ออกแบบโดย Newcomen รุ่นก่อนมากเพียง ใด หน้าที่การทำงานคือจำนวนฟุต-ปอนด์ของงานที่ส่งมอบโดยการเผาถ่านหินหนึ่งบุชเชล (94 ปอนด์ (43 กิโลกรัม)) เครื่องจักรที่ออกแบบโดย Newcomen ที่ดีที่สุดมีหน้าที่การทำงานประมาณ 7 ล้าน แต่ส่วนใหญ่จะใกล้เคียงกับ 5 ล้าน เครื่องจักรแรงดันต่ำดั้งเดิมของ Watt สามารถส่งมอบหน้าที่การทำงานได้สูงถึง 25 ล้าน แต่โดยเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 17 ล้าน ซึ่งเป็นการปรับปรุงที่ดีขึ้นถึงสามเท่าเมื่อเทียบกับเครื่องจักรที่ออกแบบโดย Newcomen โดยเฉลี่ย เครื่องจักร Watt รุ่นแรกที่ติดตั้งไอน้ำแรงดันสูงสามารถปรับปรุงค่านี้ได้ถึง 65 ล้าน^{[ 80 ]}

วัฏจักรคาร์โนต์ซึ่งเป็นวัฏจักรทางเทอร์โมไดนามิกในอุดมคติเชิงทฤษฎี กำหนดขีดจำกัดประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ไอน้ำ วัฏจักรคาร์โนต์อธิบายระบบที่มีแหล่งเก็บความร้อนสองแหล่ง โดยมีการถ่ายเทความร้อนระหว่างกัน ในเครื่องยนต์ไอน้ำ ความร้อนที่ถ่ายเทบางส่วนจะถูกแปลงเป็นงานเชิงกล ยิ่งความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างแหล่งเก็บความร้อนทั้งสองมากเท่าใด เครื่องยนต์ก็ยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น วิธีหนึ่งในการเพิ่มความแตกต่างของอุณหภูมิคือการใช้ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง

ประสิทธิภาพของวัฏจักรแรงไคน์มักถูกจำกัดโดยสารทำงาน หากความดันของสารทำงานไม่ถึง ระดับ วิกฤตยิ่งยวดช่วงอุณหภูมิที่วัฏจักรสามารถทำงานได้ก็จะแคบ ในกังหันไอน้ำ อุณหภูมิทางเข้ากังหันโดยทั่วไปอยู่ที่ 565 °C (1,049 °F; 838 K) (ขีด จำกัด การคืบของเหล็กกล้าไร้สนิม) และอุณหภูมิคอนเดนเซอร์อยู่ที่ประมาณ 30 °C (86 °F; 303 K) ซึ่งทำให้ได้ประสิทธิภาพคาร์โนต์ ตามทฤษฎี ประมาณ 64% เมื่อเทียบกับประสิทธิภาพจริงที่ 42% สำหรับโรงไฟฟ้าถ่านหิน สมัยใหม่ อุณหภูมิทางเข้ากังหันที่ต่ำนี้ (เมื่อเทียบกับกังหันก๊าซ ) เป็นเหตุผลว่าทำไมวัฏจักรแรงไคน์จึงมักถูกใช้เป็นวัฏจักรเสริมในโรงไฟฟ้า กังหันก๊าซแบบผสมผสาน

ข้อได้เปรียบหลักประการหนึ่งของวัฏจักรแรงไคน์เหนือวัฏจักรอื่นๆ คือ ในระหว่างขั้นตอนการอัด จะต้องใช้พลังงานในการขับเคลื่อนปั๊มค่อนข้างน้อย เนื่องจากของเหลวที่ใช้ในการทำงานอยู่ในสถานะของเหลว ณ จุดนี้ การควบแน่นของของเหลวทำให้พลังงานที่ปั๊มต้องการใช้เพียง 1% ถึง 3% ของพลังงานของกังหัน (หรือเครื่องยนต์ลูกสูบ) และส่งผลให้ประสิทธิภาพของวัฏจักรจริงสูงขึ้นมาก ประโยชน์นี้จะลดลงบ้างเนื่องจากอุณหภูมิการเพิ่มความร้อนที่ต่ำกว่า ตัวอย่างเช่น กังหันก๊าซมีอุณหภูมิทางเข้ากังหันสูงถึง 1,500 °C (2,730 °F; 1,770 K) ถึงกระนั้น ประสิทธิภาพของวัฏจักรไอน้ำขนาดใหญ่และกังหันก๊าซแบบวัฏจักรเดี่ยวขนาดใหญ่ในปัจจุบันก็ค่อนข้างใกล้เคียงกัน^{[ 81 ]}

ในทางปฏิบัติ วงจรเครื่องยนต์ไอน้ำแบบลูกสูบที่ปล่อยไอน้ำสู่บรรยากาศโดยทั่วไปจะมีประสิทธิภาพ (รวมถึงหม้อไอน้ำ) อยู่ในช่วง 1–10% อย่างไรก็ตาม ด้วยการเพิ่มคอนเดนเซอร์ วาล์วคอร์ลิส การขยายตัวหลายครั้ง และความดัน/อุณหภูมิไอน้ำสูง ประสิทธิภาพอาจได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ในอดีตอยู่ในช่วง 10–20% และในบางครั้งอาจสูงกว่าเล็กน้อย โรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ทันสมัย ​​(ผลิตกระแสไฟฟ้าได้หลายร้อยเมกะวัตต์) ที่มีการอุ่นไอน้ำซ้ำ อีโคโนไมเซอร์ฯลฯ จะบรรลุประสิทธิภาพในช่วงกลาง 40% ^{[ 82 ]}โดยหน่วยที่มีประสิทธิภาพสูงสุดจะเข้าใกล้ประสิทธิภาพเชิงความร้อน 50% ^{[ 83 ]}

นอกจากนี้ยังสามารถดักจับความร้อนเหลือทิ้งโดยใช้การผลิตความร้อนร่วมซึ่งความร้อนเหลือทิ้งจะถูกนำไปใช้ในการให้ความร้อนแก่ของเหลวทำงานที่มีจุดเดือดต่ำกว่า หรือใช้เป็นแหล่งความร้อนสำหรับระบบทำความร้อนส่วนกลางผ่านไอน้ำอิ่มตัวความดันต่ำ^{[ 84 ]}

• 
  รถจักรไอน้ำ – รุ่น GNR N2หมายเลข 1744 ที่เวย์บอร์น ใกล้เชอ ริ งแฮม นอร์ฟอล์ก
• 
  จักรยานพลังไอน้ำโดย จอห์น ฟาน เดอ รีเอต ในเมืองดอร์ทมุนด์
• 
  รถดับเพลิงแบบอังกฤษที่ใช้ม้าลากพร้อมปั๊มน้ำพลังไอน้ำ

วิกิมีเดียคอมมอน ส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับเครื่องจักรไอน้ำ

Wikiquote มีคำคมที่เกี่ยวข้องกับเครื่องจักรไอน้ำ

ค้นหาคำว่า "เครื่องยนต์ไอน้ำ"ในวิกิพีเดีย ซึ่งเป็นพจนานุกรมเสรี

• ภาพเคลื่อนไหวของเครื่องยนต์ – แสดงภาพเครื่องยนต์หลากหลายประเภท
• Howstuffworks – "เครื่องจักรไอน้ำทำงานอย่างไร"
• วิดีโอแสดงเครื่องยนต์ไอน้ำยุคปี 1900 บนเรือกลไฟ Unterwalden