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蒸汽機主要由汽缸、底座、活塞、曲柄連桿機構、滑閥配汽機構、調速機構和飛輪等部分組成。汽缸和底座是靜止部分。

在蒸汽鍋爐中，通過燃燒過程水沸騰為蒸汽。通過管道蒸汽被送到汽缸。閥門控制蒸汽到達汽缸的時間，經主汽閥和節(jié)流閥進入滑閥室，受滑閥控制交替地進入汽缸的左側或右側，推動活塞運動。蒸汽在汽缸內推動活塞做功，冷卻的蒸汽通過管道被引入冷凝器重新凝結為水。這個過程在蒸汽機運動時不斷重復。
一般的蒸汽機有三個汽缸組成一個組。蒸汽機直接將活塞的上下運動轉化為船軸的旋轉運動。新造的蒸汽機中還包含了一個小的渦輪機，從汽缸中出來的蒸汽還可以利用它的余熱在推動這個渦輪機來提高整個驅動裝置的效率。這個渦輪機也與船的螺旋漿軸相連。
按蒸汽在活塞一側或兩側工作，蒸汽機可分為單作用和作用式兩種;
【什么是蒸汽機】按汽缸布置方式，可分為立式和臥式;按蒸汽是在一個汽缸中膨脹或依次連續(xù)在多個汽缸中膨脹，可分為單脹式和多脹式;按蒸汽在汽缸中的流向，可分為回流式和單流式;
按排汽方式和排汽壓力可分為凝汽式、大氣式和背壓式。

功效蒸汽機的發(fā)展首先體現在功率和效率的提高，而這又主要取決于蒸汽參數的提高。初期蒸汽機的蒸汽壓力僅為0.11~0.13兆帕，19世紀初才達到0.35~0.7兆帕，20世紀20年代曾用到6~10兆帕。在蒸汽溫度上，19世紀末還不超過250℃，而到20世紀30年代曾用到450~480℃ 。
效率至于效率，瓦特初期連續(xù)運轉的蒸汽機，按燃料熱值計總效率不超過3%;到1840年，最好的凝汽式蒸汽機總效率可達8%;到20世紀，蒸汽機最高效率可達到20%以上。
轉速在轉速方面，18世紀末瓦特蒸汽機僅40~50轉/分;20世紀初轉速達到100~300轉/分，個別蒸汽機曾達到2500轉/分。在功率方面，最初單機功率僅幾馬力，20世紀初的一臺船用蒸汽機的功率可達25000馬力。
隨著蒸汽參數和功率的提高，蒸汽已不可能在一個汽缸中繼續(xù)膨脹，還必須在相連接的汽缸中繼續(xù)膨脹，于是出現了多級膨脹的蒸汽機。蒸汽機因受到潤滑油閃點的限制，所用蒸汽的最高溫度一般都不超過400℃，機車，船用等移動式蒸汽機還略低一些，多數不高于350℃ 。考慮到膨脹的可能性和結構的經濟性，常用壓力在2.5兆帕以下。蒸汽參數受到限制，從而也限制了蒸汽機功率的進一步提高。
意義蒸汽機的出現和改進促進了社會經濟的發(fā)展，但同時經濟的發(fā)展反過來又向蒸汽機提出了更高的要求，如要求蒸汽機功率大、效率高、重量輕、尺寸小等。盡管人們對蒸汽機作過許多改進，不斷擴大它的使用范圍和改善它的性能，但是隨著汽輪機和內燃機的發(fā)展，蒸汽機因存在不可克服的弱點而逐漸衰落。
優(yōu)點
現代蒸汽機的最大的優(yōu)點是它幾乎可以利用所有的燃料將熱能轉化為機械能。不像內燃機那樣，它對其燃料不挑剔。此外沒有蒸汽機的話原子能無法被使用。原子反應堆即不直接產生機械能，又不直接產生電能，原子反應堆實際上只是加熱水，這個水被沸騰后的蒸汽通過蒸汽機來轉化為有用的功。蒸汽不一定需要通過燃燒來產生，比如使用太陽能聚熱器也可以產生蒸汽推動蒸汽機。
另一種有類似優(yōu)點的小巧的外燃機是斯特林發(fā)動機。其缺點是它在許多情況下難以運行。尤其在高山上蒸汽機機車的優(yōu)點顯著，因為它們也可以在比較低的氣壓下運行。當南美洲將用柴油-電力機車取代它們的蒸汽機車后這一點就被發(fā)現了。在高山上他們不得不放棄使用功率比較高的柴油機車，取而代之的還是功率雖然不如柴油機車但不受海拔限制的蒸汽機車。