Hur fungerar en ångmaskin i pratiken?

I kolvångmaskinen driver ångan en kolv som löper i en cylinder. Ångans expansion kan ske i ett steg i en eller flera parallellkopplade cylindrar (tvilling-, trilling-, fyrling- etc), eller i två eller flera steg i seriekopplade cylindrar (kompound-, trippel- kvadruppel- etc, se kompoundångmaskin). Hos Mallet-lokomotiv (och hos större maskiner ofta den sista delen av maskinen) består varje steg i sin tur av flera parallellkopplade cylindrar. Kompoundlokomotiv och enstaka stationära maskiner för särskilda ändamål kan utföras med växelventil med vilken maskinen vid start eller eljest särskilt stort momentbehov kan omkopplas till tvillingdrift (de två stegen parallellkopplas).

Kolvens fram- och återgående rörelse överförs oftast med hjälp av vevstake och vev till en roterande rörelse. Äldre, indirekt verkande maskiner har även balans - balansångmaskin. Hos ångmaskindrivna pumpar kan vevrörelsen och, utom hos de allra äldsta, även balansen undvaras.

Ångmaskinen började användas som kraftkälla på 1700-talet och blev en avgörande faktor i den industrialismen - ett historiskt skeende närmast helt betingat av ångmaskinen som den under lång tid viktigaste kraftkällan, såväl för industri som tunga transporter till sjöss och till lands, en bra bit in på 1900-talet:

Ångmaskinen var visseligen stor och tung och hade låg verkningsgrad men passade bra som drivkälla inom industrin och för framdrivning av fartyg och för lokomotiv där maskinens höga vikt inte hade ett avgörande inflytande på användbarheten. För vissa maskintyper var den höga vikten snarare en fördel som för lokomotiv som måste byggas med hög vikt för att få tillräcklig friktion mellan drivhjul och järnvägsräls och för "ångvältar" som måste ha ett högt tryck mot marken vid exempelvis packning av vägmaterial och nylagd asfalt. För mindre fordon för person- och godstransport var dock ångmaskinen ej praktisk. Någon egentlig landsvägstrafik med maskindrivna fordon uppstod ej förrän den betydligt lättare, effekttätare och mer lättskötta förbränningsmotorn blev tillgänglig. Till sjöss var ångmaskinen till följd av sina egenskaper mer långlivad och först kring mitten av 1900-talet började kolvångmaskinen utträngas av ångturbinen och förbränningsmotorn.

Den allra första ångmaskinen var en så kallad atmosfärisk ångmaskin vars panna gav ånga av atmosfärstryck (eller obetydligt övertryck), uppfanns av Thomas Newcomen kring år 1710 och var en balansångmaskin byggd för drift av gruvpumpar. Strax dessförinnan hade Thomas Savery byggt ångdrivna sifonpumpar med ånga direkt verkande på det vatten som pumpades och jämfört med dessa var Newcomens ångmaskin ett stort framsteg såväl i fråga om kapacitet och ekonomi som maximal pumphöjd.

I likhet med Saverys ångpump arbetade även Newcomens ångmaskin med direkt vatteninsprutning och den katastrofala inverkan på ekonomin av detta observerades av James Watt som år 1765 byggde världens första modernt arbetande ångmaskin med separat kondensor - så arbetar ångmaskiner och turbiner än idag:

Tätningsånga: På den sida av kolven som hos Newcomens maskin varit utsatt för lufftryck lade James Watt ånga. Allt läckage bestod plötsligt av ånga som i likhet med arbetsångan då kunde kondensera varvid vakuum och kolvkraft bibehölls under hela slaget (slagantalet hos dessa gruvpumpar uppgick ofta till endast tiotalet dubbelslag per minut).
Separat kondensor: I och med att kondenseringen flyttades till en separat kondensor eliminerades kylvattnets kylande verkan på cylindern varvid förlusten via cylinderkondensation nedbringades
Expansion och överströmning: I och med att ångtilloppet från pannan avbröts innan kolven nått ändläget samt genom att cylinderns underhalva fick fyllning via överströmning från överhalvan sänktes ångförbrukningen än mer. Först den fyrtio år senare uppfunna Woolfs kompoundångmaskin kunde på detta sätt mäta sig med den maskin James Watt byggt.
Musselslid: Ventilångmaskinen var måhända ekonomisk, men den praktiskt lagde James Watt förstod att ersätta den komplicerade ventilrörelsen med en enkel slidventil (musselslid) som i en och samma rörliga maskindetalj sammanförde samtliga maskinens ventilfunktioner.
Wattmekanismen - James Watts "parallellrörelse": James Watt var den första att förse en ångmaskin med en linjärrörelse vilket medgav byggandet av dubbelverkande maskiner och var en förutsättning för "roterande" (vevrörelseförsedda) ångmaskiner där roterande rörelse kunde uttas. I och med denna åtgärd kunde industrialismen ta fart på allvar.
Det är mot bakgrund av alla dessa förbättringar inte förvånande att James Watt tillskrivs äran av att ha uppfunnit den moderna ångmaskinen även om Newcomen, den som först byggde praktiskt fungerande kolvångmaskiner, är den egentliga uppfinnaren.