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[!--downpath--]瓦特并不是蒸汽機的發明者，在他之前，早就出現了蒸汽機，即紐科門蒸汽機，但它的耗煤量大、效率低。瓦特運用科學理論，逐漸發現了這種蒸汽機的毛病所在。從1765年到1790年，他進行了一系列發明，比如分離式冷凝器、汽缸外設置絕熱層、用油潤滑潤滑活塞、行星式齒輪、平行運動連桿機構、離心式調速器、節氣閥、壓力計等等，使蒸汽機的效率提高到原來紐科門機的3倍多，最終發明出了現代意義上的蒸汽機。
有一天，學校中的一架紐可門蒸汽機 （紐可門單動蒸汽機是當時許多種 蒸汽機中比較完美的一種）壞了，校方讓瓦特去修理。他把機件拆開逐一細 看后，發現這種蒸汽機有很多缺點，因為該機的汽室全露在空氣中，當蒸汽 進入冷冰冰的汽缸時，為了加熱氣缸，就要消耗很多熱量；而為了降低氣缸 內的溫度，使汽缸里的蒸氣冷凝，又必需噴冷水。這樣，幾乎四分之三的蒸 氣被白白浪費掉，以致熱效率很低。
瓦特將該機修好后，決心對紐可門蒸汽機進行改造。當時熱和功的轉換 定律已經被發現，瓦特讀過這方面的書。他根據自己的豐富知識和多年實踐 經驗，在紐可門蒸汽機上加了一個與汽缸分離的冷凝器。這樣一來，汽缸就 不必用冷水降溫了，而可以讓汽缸始終保持與蒸汽一樣的溫度；他又在有豐 富經驗的機械工人幫助下，解決了制造精密汽缸、活塞的工藝問題。這樣， 瓦特就從根本上改進了紐可門蒸汽機，創造了他的單動作蒸汽機。這種蒸汽 機的耗煤量只有紐可門蒸汽機的四分之一，動作又比紐可門蒸汽機迅速。這 種蒸汽機的制造成功，給煤礦礦井的排水帶來很大方便，深受使用單位的歡 迎。
即使這樣瓦特也不滿足。他想，以往的各種蒸汽機都是利用蒸氣冷凝造 成了真空條件，讓大氣壓力去做功的。為什么不可以直接利用蒸氣產生的壓 力去做功呢？他打破前人的框框，作了種種設計，經過近10年的緊張勞動和 多次重大改進，終于在1784年設計制造出了一種往復式蒸汽機。這種蒸汽機的特點，一是使蒸氣通過一個滑閥裝置從兩端輪流進入汽缸，變成一種雙動 作蒸汽機，二是采用曲軸連桿裝置，將活塞的往復運動轉變為曲軸的轉動； 三是設置了離心式調速器，對蒸汽機的轉速實行自動控制。瓦特在設計上精 心構思，對蒸汽機的制作進行了重大改進，創造了第一臺名副其實的蒸汽機
