Redigerer Dampmaskin

[[Fil:Maquina vapor Watt ETSIIM.jpg|mini|En av [[James Watt]]s dampmaskiner, utstilt på Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UPM i Madrid.. {{byline|Nicolás Pérez}}]]
[[Fil:52 8134 Hoentrop 2012-09-16.jpg|mini|Et [[damplokomotiv]] fra [[Øst-Tyskland]]. Denne typen lokomotiver ble bygget i 1942-1950 og var i drift frem til 1988.]]
[[Fil:Dampf-Fahrrad 2.jpg|miniatyr|Sykkel med dampmotor på framhjulet.]]

En '''dampmaskin''' er en [[varmekraftmaskin]] som omformer [[varmeenergi]] til [[Arbeid (fysikk)|mekanisk arbeid]] med [[vann]] som [[arbeidsmedium]]. Virkemåten til en stempeldampmaskin er at damp under [[trykk]] fra en dampkjele virker med en [[kraft]] på [[Stempel|stemplene]] og setter disse i bevegelse. Bevegelsen overføres via [[Råde (motordel)|veivstenger]] til en veivaksling, det gir en roterende bevegelse som kan drive [[Propell|propellen]] på et [[skip]], hjulene på et [[lokomotiv]] eller en [[generator]] i en kraftstasjon.

Ofte er dampmaskinen utformet slik at vann i [[gass]]- og [[væske]]form sirkulerer i en lukket krets. Den ideelle [[Termodynamikk|termodynamiske]] syklusen som brukes for å analysere denne prosessen kalles ''[[Clausius–Rankine-prosessen]]''. I denne syklusen blir vann oppvarmet og forvandles til damp i en kjele som arbeider ved høyt trykk. Når dampens varmeenergi benyttes til å drive en [[stempelmaskin]] eller [[turbin]]er, skapes mekanisk arbeid. Dampen får redusert trykk og temperatur på veg gjennom dampmaskinen. Etter at dampen forlater dampmaskinen, strømmer den ut i [[Kondensator (varmeoverføring)|kondensatoren]], der den kondenseres til vann som pumpes tilbake i kjelen.

Bruk av kokende vann for å produsere mekanisk bevegelse har vært kjent siden [[oldtiden]], men tidlige maskiner var ikke særlig praktiske. Den spanske oppfinneren [[Jerónimo de Ayanz y Beaumont]] (1553–1613) fikk i 1606 det første patent på en dampmaskin. I 1698 patenterte [[Thomas Savery]] (1650–1715) en damppumpe som virket etter et prinsipp der damp kom i direkte kontakt med vannet som skulle pumpes. Saverys damppumpe anvendte kondensering av damp for å skape et [[vakuum]]. Dette førte til at vann ble trukket inn i et kammer, hvoretter det ble påført trykksatt damp for å drive vannet ut. [[Thomas Newcomen]]s (1664–1729) ''[[atmosfæremotor|atmosfæriske dampmaskin]]'' var den første anvendbare dampmaskinen som brukte et stempel. Den ble tatt i bruk i 1712 for å pumpe opp vann fra en gruve.

I 1781 patenterte [[James Watt]] (1736–1819) en dampmaskin som ga kontinuerlig roterende bevegelse. Watts maskin på ti [[hestekrefter|hestekrefter (hk]]) ble benyttet til å drive mange forskjellige arbeidsmaskiner. Dampmaskinen var selve drivkraften bak [[den industrielle revolusjon]], blant annet ved at fabrikker som ikke hadde tilgang på vannkraft, kunne drives med dampmaskiner. De atmosfæriske maskinene som Newcomen konstruerte, var svært store i forhold til hvor mye effekt de kunne produsere; derimot var dampmaskiner som opererte med høyt trykk, lette nok til å kunne installeres på kjøretøy som lokomotiver.  Denne typen dampmaskiner der dampens trykk driver stemplene ble introduserte [[Richard Trevithick]] (1771–1833) og Oliver Evans (1755–1819), og ble etter en tid enerådende.

Stempeldampmaskiner forble den dominerende kilden til drivkraft helt til begynnelsen av 1900-tallet, da store fremskritt i utformingen av [[elektrisk motor|elektriske motorer]] og [[forbrenningsmotor]]er gradvis resulterte i utskifting av stempeldampmaskiner til fordel for disse nyere motorene. Dampmaskiner ble deretter praktisk talt bare å finne i [[varmekraftverk]]er, men da i form av store [[dampturbin]]er. I form av dampturbiner er dampmaskiner fortsatt viktig for en stor del av verdens elektrisk energiproduksjon. Blant de viktigste [[energikilde]] for å drive dampturbinene er [[kull]], [[naturgass]] og [[kjernekraft]].

== Begrepsavklaring ==
Dampmaskiner er en type ''varmekraftmaskin'' som innbefatter alle maskiner der varmeenergi omformes til mekanisk energi. Dermed inngår også en [[dampturbin]] i begrepet. Imidlertid er vanlig norsk språkbruk at begrepet «dampmaskin» refererer til en stempeldampmaskin som omformer energien i damp til mekanisk energi.<ref>{{snl|dampmaskin|dampmaskin}}</ref> Denne enheten kan også benevnes «dampmotor».<ref>{{snl|dampmotor|dampmotor}}</ref> Begrepet refererer også til et integrert dampanlegg som typisk består av [[dampkjele]], [[Kondensator (varmeoverføring)|kondensator]], [[pumpe]]r, [[varmeveksler]]e et cetera, som for eksempel et damplokomotiv, et dampskip eller et kraftverk. Det kan også være snakk om et komplett anlegg med [[dampturbin]].

Dampmaskinen er en såkalt ''ekstern forbrenningsmotor'',<ref name=miffin>{{cite book|title=American Heritage Dictionary of the English Language|url=https://archive.org/details/americanheritage0000unse_a1o7|edition=Fourth|year=2000|publisher=Houghton Mifflin Company}}</ref> hvor arbeidsmediet er atskilt fra forbrenningsproduktene. Maskiner basert på varmekilder som [[solenergi]], [[kjernekraft]] eller [[geotermisk energi]] der forbrenningprosesser ikke skjer for å gi [[varme]], kommer også inn under begrepet.

== Historie ==
[[Fil:Aeolipile Engine Animation with steam.gif|mini|Animasjon som viser [[Eolipil]], også kjent som Herons dampkule, som roterer på grunn av reaksjonskraften fra dampstrålene.]]

Vann i dampform som et middel for overføring av varmeenergi til mekanisk arbeid, har vært kjent i rundt to tusen år. Når vann koker til damp, oppstår en ekspansjon på 1800 ganger det opprinnelige volumet til vannet. Dette ble utnyttet allerede i oldtiden til å drive små maskiner. Disse tror en ble oppfattet som magiske og benyttet som innretninger i templer.<ref name=Gil>{{Kilde www | forfatter= Gilkes, M.J. | url= http://thermopedia.com/content/1148/ | tittel= STEAM ENGINES | besøksdato= 28. oktober 2018 | utgiver= thermopedia | arkiv_url= | dato =  2. februar 2011}}</ref>

Dampmaskinen utviklet seg mot en stempelmaskin, vanligvis bestående av en støpejernsylinder, stempel, stempelstang og veivstang, aksling og svinghjul, samt diverse stenger for styring. Stempelets opp- og nedbevegelse overføres til veivakslingen via stempelstangen og gir rotasjonsbevegelse. Turtallsregulering er enten automatisk, ved hjelp av en regulator, eller ved hjelp av en manuell ventil. Sylinderen inneholder ventiler eller porter for vekselvis innløp og utløp av damp.

=== De aller første dampmaskinene ===
==== Tidlige eksperimenter ====
''[[Eolipil]]'' (også kjent som ''Æolipil'', ''Heronkule'' eller ''Heros dampkule'') er beskrevet av forfatteren og tenkeren [[Heron av Alexandria]] i det første århundre etter Kristus, og er ansett for å være den første dokumenterte dampmaskin. Et [[dreiemoment]] ble produsert av dampstråler som kom ut av dyser montert på periferien av en hul kobberkule. Kulen var opplagret slik at den kunne rotere. I dag ville en ha kalt dette for en reaksjonsdampturbin. Det er ikke kjent om denne innretningen ble brukt til noe nyttig arbeid.<ref>[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 24-25.]]</ref><ref>[http://www.britannica.com/eb/article -45691 turbin] Encyclopædia Britannica. 2007. Encyclopædia Britannica Online. 18 juli 2007</ref> I de påfølgende århundrer er de få dampdrevne innretninger som er kjent, i likhet med Eolipil,<ref name="Vitruvius">''De Architectura'': Chapter VI (paragraph 2) from "Ten Books on Architecture" by [[Vitruvius]] (1st century BC), published 17, June, 08 [http://penelope.uchicago.edu/Thayer/E/Roman/Texts/Vitruvius/1*.html] accessed 2009-07-07</ref> i hovedsak eksperimentelle maskiner som ble brukt av oppfinnere for å demonstrere egenskapene til [[damp]]. 

En rudimentær dampturbin ble beskrevet av [[Taqi al-Din]]<ref name=Hassan>Ahmad Y Hassan (1976). ''Taqi al-Din and Arabic Mechanical Engineering'', p. 34–35. Institute for the History of Arabic Science, University of Aleppo.</ref> i 1551 og etter dette av [[Giovanni Branca]]<ref name=Rob>{{cite web | first = ROBERT H. | last = THURSTON | url = http://himedo.net/TheHopkinThomasProject/TimeLine/Wales/Steam/URochesterCollection/Thurston/Chapter1.html | title = University of Rochester, NY, ''THE GROWTH OF THE STEAM-ENGINE.'' kapittel 1 | publisher = History.rochester.edu | accessdate = 28. oktober 2018 | archiveurl = https://web.archive.org/web/20181102014620/http://himedo.net/TheHopkinThomasProject/TimeLine/Wales/Steam/URochesterCollection/Thurston/Chapter1.html | url-status = dead }} {{Kilde www |url=http://himedo.net/TheHopkinThomasProject/TimeLine/Wales/Steam/URochesterCollection/Thurston/Chapter1.html |tittel=Arkivert kopi |besøksdato=2018-10-28 |arkiv-dato=2018-11-02 |arkiv-url=https://web.archive.org/web/20181102014620/http://himedo.net/TheHopkinThomasProject/TimeLine/Wales/Steam/URochesterCollection/Thurston/Chapter1.html |url-status=yes }}</ref> i 1629.<ref>''[https://books.google.com/books?id=Cv9LH4ckuEwC&pg=PA432&dq&hl=en#v=onepage&q=&f=false Power plant engineering]''. P. K. Nag (2002). Tata McGraw-Hill. p.432. ISBN 0-07-043599-5</ref> Brancas ide var å la en dampstråle virke med en kraft på et skovlhjul. Dette skulle i sin tur brukes til å drive knuseverket til  apotekere og alkymister. For at knuseverket ikke skulle få for stor hastighet, gikk ideen videre ut på å lage et system av girutveklsinger. Hvorvidt denne ideen noen gang ble realisert er ikke kjent.<ref name="W25">[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 25.]]</ref> Jerónimo de Ayanz y Beaumont fikk i 1606 patent på femti oppfinnelser med dampdrevne maskiner, inkludert en vannpumpe for drenering av gruver. Han var den første til å få patent på en dampmaskin.<ref name=davids>{{cite book |url= |title=Religion, Technology, and the Great and Little Divergences: China and Europe Compared, C. 700-1800 |first1=Karel |last1=Davids |first2=Carolus A. |last2=Davids |lastauthoramp=yes |date=2012 |publisher=Brill |isbn=9789004233881}}, s. 207</ref><ref>{{cite book|last=Garcia|first=Nicholas|title=Mas alla de la Leyenda Negra|year=2007|publisher=Universidad de Valencia|location=Valencia|isbn=9788437067919|pages=443–454}}</ref> 

Den franske vitenskapsmannen [[Denis Papin]] gjorde noen oppdagelser vedrørende en [[dampkoker]] i 1679, og fant på å utstyre denne med en [[sikkerhetsventil]].<ref>[[#Hills|Hills: ''Power from Steam'', side 15, 16 og 33.]]</ref> Papin fant også på å bruke konseptet med et stempel i en [[Sylinder (motor)|sylinder]] for en dampmaskin. Han oppdaget at om en først hadde damp i en sylinder og etterpå helte litt kaldt vann utenpå den, ville stempelet bli drevet ned med stor kraft. På grunn av den tyske fysikeren [[Otto von Guericke]]s eksperimenter visste en fra tidligere at det kunne være store krefter involvert i innretninger med [[vakuum]] eller luft under trykk.<ref name=W26>[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 26.]]</ref> Andre som på 1600-tallet bidro til å utvide forståelsen av sammenhenger mellom krefter, varme og trykk, var den italienske fysikeren [[Evangelista Torricelli]] (1608–1647), den irske fysikeren [[Robert Boyle]] (1627–1692) og den engelske oppfinneren og matematikeren [[Samuel Morland]] (1625–1695).<ref name=Gil/> Morland skal også ha gjort noen eksperimenter med dampdrevne pumper.<ref name=Rob/>

==== Pumpemaskiner ====
[[Fil:Savery-engine.jpg|mini|[[Thomas Savery]]s dampdrevne pumpe med de to kamrene som kunne suge opp vann når damp i dem ble kondensert. Når kammeret i neste omgang var fylt av vann, ble det brukt damp under trykk for å tømme vannet ut og løfte det videre oppover. Illustrasjon fra 1698.]]

Det er kjent at en adelsmann med navn Edward Somerset (1602/1603–1667) eksperimenterte med en «vannløfter» (engelsk: «water commanding machine») som skulle få vann opp av dype gruver. Vanligvis ble både hester og straffanger brukt til å drive pumper for å få opp vannet, men ofte var ikke dette godt nok og Somerseth eksperimenterte med en dampdrevet pumpe. I 1663 fikk han patent på en slik innretning som han bygde tre eksemplarer av. Én ble bygget på hans gods [[Raglan Castle]], og rester av denne kan tyde på at prinsippet gikk ut på å presse vann opp et rør ved hjelp av damptrykket fra en kjele.<ref name="W25" /> 

Den første brukbare dampdrevne maskinen var også en vannpumpe, utviklet i 1698 av [[Thomas Savery]] (1650–1715).<ref name=Lira>{{cite web|last=Lira|first=Carl T.|title=The Savery Pump|url=http://www.egr.msu.edu/~lira/supp/steam/savery.htm|work=Introductory Chemical Engineering Thermodynamics| publisher=Michigan State University|accessdate=11. april 2014|date=21. mai 2013}}</ref><ref name=Gil/> Den fungerte ved at damp som kondenseres i en tank skapte et vakuum som ble brukt til å heve vann, i neste trinn ble dampens trykk brukt for å heve vannet opp til et enda høyere nivå. For å øke effekten ble to tanker brukt til å vekselvis suge og trykke vannet opp. Små maskiner av denne typen var effektive, men større modeller var mer problematiske. Maskinene hadde en begrenset løftehøyde, samt at de i tillegg var utsatt for kjeleeksplosjoner. Denne maskinen  fikk en viss utbredelse i gruver og pumpestasjoner.<ref name=W26>[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 26.]]</ref><ref name=Hills16-20>{{Harvnb|Hills|1989|pp16–20}}</ref>

Den spanske aristokraten Bento de Moura Portugal (1702–1766)  introduserte en forbedring av Saverys konstruksjon «for å gjøre den i stand til å jobbe selv», som [[John Smeaton]] (1724–1792) beskrev den i ''Philosophical Transactions'' utgitt i 1751.<ref>{{cite web|URL = http://rstl.royalsocietypublishing.org/content/47/436.full.pdf+html |title = Phil. Trans. 1751–1752 47, 436-438, published 1 January 1751}}</ref> Maskinen ble produsert helt opp til  slutten av 1700-tallet,<ref name="Landes">{{cite book|title=The Unbound Prometheus: Technological Change and Industrial Development in Western Europe from 1750 to the Present |last=Landes|first= David. S.|authorlink= David Landes|year= 1969|publisher =Press Syndicate of the University of Cambridge|location= Cambridge, New York|isbn= 0-521-09418-6|pages= }}</ref> og én maskin var i drift helt til 1820.<ref>{{cite book |title=Links in the History of Engineering and Technology from Tudor Times|url=https://archive.org/details/linksinhistoryof0000jenk| last=Jenkins |first= Ryhs|authorlink=|year=1971 |origyear=First published 1936 |publisher =The Newcomen Society at the Cambridge University Press|location= Cambridge (1st) , Books for Libraries Press (2nd) |isbn= 0-8369-2167-4|pages=| postscript = Collected Papers of Rhys Jenkins, Former Senior Examiner in the British Patent Office}}</ref>

==== Stempeldampmaskiner ====
[[Fil:Newcomen atmospheric engine (Heat Engines, 1913).jpg|mini|[[Thomas Newcomen]]s dampmaskin fra rundt 1712. Vann (N) som ble sprøytet inn i den dampfylte sylinderen (D) fortettet dampen, slik at det ble skapt delvis vakuum. Dette drev stempelet (E) ned på grunn av atmosfærens trykk, noe som i sin tur drev ned armen (G) som hevet stempelet (H) i pumpen. Dermed ble vann pumpet opp av gruven. Når stempelet er trykket helt ned i sylinderen åpner kranen (C) for å slippe inn damp fra dampkjelen (B), og stempelet farer opp, slik at syklusen kan gjentas. Illustrasjon fra 1889.]]

Den første anvendbare og vellykkede dampmaskin, i den forstand at den kunne generere effekt og overføre den til en arbeidsmaskin, var en såkalt [[Atmosfæremotor|atmosfærisk maskin]], oppfunnet av [[Thomas Newcomen]] (1664–1729) rundt 1712.<ref>{{Harvnb|Landes|year-1969|pp=101 Lands refers to Thurston's definition of an engine and Thurston's calling Newcomen's the "first true engine."}}</ref><ref name=RBrown>{{cite book  |last=Brown |first=Richard  |title=Society and economy in modern Britain, 1700–1850  |year=1991  |publisher=Routledge |location=London
  |isbn=0-415-01121-3|pages=[https://archive.org/details/societyeconomymo00brow/page/n74 60]  |url=https://archive.org/details/societyeconomymo00brow|edition=Repr.}}</ref><ref name=Rob/> Newcomen fikk bygget sin dampmaskin ved Dudley Castle i [[Staffordshire]].<ref name=Gil/> Denne var en forbedring av Saverys damppumpe ved at den anvendte et stempel som beveget seg i en sylinder, slik som Papin tidligere hadde foreslått. Den arbeidet ved å skape et delvis vakuum ved kondensering av damp under et stempel inne i en sylinder, men den var nokså ineffektiv. Typisk bruksområde også for denne dampmaskinen var drenering av gruver med større dyp enn det som tidligere var mulig. Et annet bruksområde var å gi vanntilførsel til å drive [[vannhjul]] i fabrikker. Vann som hadde gått over vannhjulet ble pumpet tilbake til et reservoar ovenfor hjulet.<ref name="Hunter 1985" />

Newcomens dampmaskin fikk stor utbredelse og denne typen maskiner ble satt opp i Frankrike, Tyskland, Østerrike, Spania, Sverige og USA. I Russland ble også en slik maskinen bygget for [[Peter I av Russland|Peter den store]], som skulle ha den til sitt parkanlegg i [[St. Petersburg|Sankt Petersburg]]. Det kom flere forbedringer av Newcomens dampmaskin slik at det ble mulig å pumpe vann opp fra stadig større dyp i gruvene.<ref>[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 29.]]</ref>

I 1720 beskrev [[Jacob Leupold]] (1674–1727) en to-sylindret høytrykksdampmaskin.<ref>{{cite book |last= Galloway |first= Elajah | title= History of the Steam Engine | publisher =B. Steill, Paternoster-Row |year=1828 |location=London | side=23–24}}</ref> Oppfinnelsen ble publisert i hans hovedverk ''Theatri Machinarum Hydraulicarum'', og skal være den første beskrivelsen av en fungerende dampmaskin som ikke baserer seg på stempelbevegelse drevet frem av atmosfærens trykk.<ref>{{cite book |last= Leupold |first= Jacob  |title= Theatri Machinarum Hydraulicarum  |publisher= Christoph Zunkel |year=1725 |location=Leipzig}}</ref><ref name=DM>{{Kilde www | forfatter= | url= https://www.deutsches-museum.de/bibliothek/unsere-schaetze/technikgeschichte/leupold/| tittel= Theatrum machinarum. [Bd. 1-9].| besøksdato= 8. september 2018 | utgiver= Deutsches Museum | arkiv_url= | dato = }}</ref> Maskinen brukte to tunge stempler til å drive en vannpumpe. Hvert av stemplene ble hevet av damptrykket og returnerte til sin opprinnelige stilling ved hjelp av tyngdekraften. De to stemplene delte en felles fireveis roterende ventil som var koblet direkte til en dampkjele.<ref name="JL">{{cite book|last=Leupold|first=Jacob|title=Theatri Machinarum Hydraulicarum|publisher=Christoph Zunkel|year=1725|location=Leipzig}}</ref> Imidlertid hadde maskintypen lett for å eksplodere. Dermed tok det lang tid før den ble introdusert og videreutviklet i Storbritannia og USA. Blant dens største fordeler var overlegent bedre brennstofføkonomi, lavere friksjon og mer kompakt utførelse enn de atmosfæriske maskinene.<ref>{{Kilde bok | forfatter=Galloway, Elijah | tittel=History of the Steam Engine: From Its First Invention to the Present Time  | artikkel= | utgivelsesår= 1826 | forlag= Cowi & Co | isbn= | url= https://archive.org/stream/historysteameng00gallgoog#page/n8/mode/2up | side= }}</ref><ref>{{Kilde www | forfatter= | url= https://www.encyclopedia.com/science/encyclopedias-almanacs-transcripts-and-maps/jacob-leupold | tittel= Jacob Leupold | besøksdato= 8. september 2018 | utgiver= encyclopedia.com | arkiv_url= | dato = 8. september 2018}}</ref> Leupolds dampmaskin hadde innflytelse på konstruksjonen av det dampdrevne kjøretøyet som [[Nicolas-Joseph Cugnot]] bygde i 1771. Dette holdes for å være verdens første bil.<ref name=DM/>

[[Fil:Watt7783.png|mini|Tidlig utgave av Watts dampdrevne pumpemaskin. Denne ligner mye på Newcomens maskin, men kondenseringen av dampen skjer i et eget kammer adskilt fra arbeidssylinderen. Illustrasjon fra 1913.]]

Det neste store skritt skjedde da [[James Watt]] (173–1819) i årene 1763–1775 utviklet en forbedret versjon av Newcomens maskin. Ideen gikk ut på at istedenfor å sprøyte kaldt vann inn i sylinderen, skulle dampmaskinen ha en separat kondensator der vanninnsprøytingen skulle skje. Denne skulle være i forbindelse med sylinderen og skape undertrykk. Hensikten med dette var å unngå at sylinderen og stempelet skulle bli unødvendig mye nedkjølt. Firmaet Boulton & Watt, som Watt var medeier i, hadde utviklet en tidlig maskin som brukte halvparten så mye kull som John Smeatons forbedrede versjon av Newcomens dampmaskin.<ref name="W30">[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 30.]]</ref><ref name=HB>{{Harvnb|Hunter|Bryant|1991}} Sammenligning av ytelsen  var basert på en nøye gjennomført test i 1778.</ref>

Newcomens og Watts tidlige maskiner var «atmosfæriske». De ble drevet av at [[Atmosfærisk trykk|atmosfærens trykk]] presset et stempel inn på grunn av det partielle [[vakuum]]et som [[kondensasjon|kondenserende]] damp skaper. Maskinens sylindere måtte være store for å få nok kraft, da trykket fra atmosfæren ikke er særlig stort.<ref name="Hunter 1985"/><ref name="Rosen" /> Senere fant Watt på å la damptrykket drive stempelet. Først laget han en maskin der trykket virker på bare den ene siden av stempelet, senere fant han på å la dampen vekselvis drive stempelet fra begge sider. På grunn av dette snakker en om ''enkeltvirkende'' eller ''dobbeltvirkende'' dampmaskiner.<ref name="W30"/>

Watt fortsatte å utvikle sin maskin, og endre den slik at den ga roterende bevegelse egnet for drift av arbeidsmaskiner i fabrikker. I 1781 fikk han patent på denne nye maskinen. Dermed kunne fabrikker lokaliseres langt borte fra elver, fordi andre energikilder enn [[vannkraft]] kunne anvendes for fabrikkenes maskiner. Dette akselererte tempoet i den industrielle revolusjon.<ref name="Rosen">{{cite book|title=The Most Powerful Idea in the World: A Story of Steam, Industry and Invention|last1=Rosen|first1= William|authorlink=|year= 2012 |publisher = University Of Chicago Press|location=|isbn= 978-0-226-72634-2 |pages=185| postscript = <!--None-->}}</ref><ref>[[#Hills|Hills: ''Power from Steam'', side 63.]]</ref><ref>{{Harvnb|Hunter|1985}}</ref><ref name="Thomson 2009" /> Denne maskinen var på ti [[hestekrefter|hk]] og ble benyttet til å drive mange forskjellige arbeidsmaskiner. Maskinen kunne plasseres hvor som helst der vann og kull eller annet brensel kunne oppdrives.<ref name="ReferenceA">[[#Hills|Hills: ''Power from Steam'', side 223.]]</ref> Watt anvendte også kondensator for sine damptrykkmaskiner, denne skapte et sterkere undertrykk og forsterket kraften på stempelet.<ref name="W38">[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 38.]]</ref> Av andre ideer Watt kom opp med, var å utstyre dampmaskinen med sentrifugalregulator og svinghjul for å få jevn hastighet, samt at dampkjelen ble utstyrt med sikkerhetsventil for å unngå kjeleeksplosjon og [[vannstandsglass]] for at fyrbøteren skulle vite når det var på tide å fylle på mer vann.<ref name="W30"/>

Boulton & Watt raffinerte dampmaskinene videre og oppnådde etter hvert maskiner som brukte bare femtedelen så mye kull som de gamle atmosfæriske maskinene. En forretningsidé var at bedriftene som fikk installert dampmaskiner fra Boulton & Watt skulle betale dem tredjeparten av det de sparte i drivstoffutgifter i 25 år. Før 1800 var det blitt bygget hele 500 dampmaskiner fra Boulton & Watt, de fleste i England. Fabrikken som laget dampmaskiner i Soho i Smethwick, ble en stor attraksjon, der ingeniører, forretningsmenn, aristokrater og diktere kom for å bivåne produksjonen. I 1848 ble den første dampmaskinen i Norge tatt i bruk av Marinens verksted i Horten. Denne kom fra  Boulton & Watt.<ref>[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 32.]]</ref> Rundt Watts død ble de første skip med dampmaskin for fremdrift sjøsatt.<ref>[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 33.]]</ref>

=== Utviklingen av moderne dampmaskiner ===
==== Utvikling av den teoretisk forståelsen ====
De teoretiske aspektene ved dampmaskinen var empiriske (erfaringsbasert) og ofte feilaktig forstått. Begreper om varmens natur relaterte effekt til damptrykk. Den franske matematikeren [[Sadi Carnot]] (1796–1832) ga et bedre teoretiske grunnlag. Videre ble eksperimenter utført av fysikerne [[Benjamin Thompson]] (1753–1814) og [[James Prescott Joule]] (1818–1889) rundt 1843 som førte til utviklingen av nye begreper. Blant annet førte dette til forståelsen av at «varme og energi er gjensidig konvertible...» og at varmen tilført en dampmaskin er den egentlige drivkraften og at trykk bare er en sekundær størrelse.<ref name=Gil/>

Arbeidet til den skotske fysikeren [[William John Macquorn Rankine]] (1820–1872) og den britisk fysikeren [[William Thomson Kelvin]] (Lord Kelvin) (1824–1907) videreutviklet den teoretiske forståelsen av varme og varmekraftmaskiner. Det ble påvist at dampmaskinen var ekstremt ineffektiv, altså at den hadde lav [[virkningsgrad]]. Thomson avledet matematisk effektiviteten til en perfekt varmekraftmaskin, kjent som [[Clausius–Rankine-prosessen]]. Den viste at jo større temperaturfall som oppstod i maskinen, desto større ville virkningsgraden være. Utviklingen fremover rettet seg mot forbedring av konstruksjonen av dampmaskinen, spesielt at en skulle få en større mengde nyttig arbeid fra en gitt mengde drivstoff. Det fulgte mange tekniske fremskritt, som Corlissventilen (ventiler for inn- og utslipp av damp til sylinderen) oppfunnet av den amerikanske ingeniøren [[George Henry Corliss]] (1817–1888), høyhastighets maskiner og forbedrede regulatorer. Andre oppfinnelser var overoppheting av dampen, forbedring av dampkjelene og bruken av drivstoffet.<ref name=Gil/>

==== Regulering av hastigheten ====
[[Fil:Fliehkrafregler.PNG|mini|Sentrifugalregulator for en dampmaskin av typen som [[James Watt]] utviklet. Regulatoren skal sørge for jevn hastighet, og er koblet til maskinens aksling slik at den alltid har en hastighet som er proporsjonal med dampmaskinen. Illustrasjonen viser et tilfelle der hastigheten øker, noe som fører til at de roterende kulene beveges utover, ved hjelp av armer og spaker fører dette til at dampventilen, vist nede til høyre, reduserer pådraget av damp. Dampmaskinen vil da redusere hastigheten.]]

Sentrifugalregulatoren ble tatt i bruk av James Watt i 1788, etter at Watts partner Boulton hadde sett en slik innretning i bruk på en mølle.<ref>{{cite book|title=A History of Control Engineering 1800-1930 |last1=Bennett |first1= S.|last2= |first2=|authorlink=|year=1979 |publisher =Peter Peregrinus Ltd.|location= London|isbn= 0-86341-047-2|pages=| postscript =}}</ref>

Hensikten med regulatoren er at den skal holde konstant hastighet uavhengig av maskinens belastning. Altså at dampmaskinen holder noenlunde konstant hastighet både i tomgang og ved fullt pådrag. Dette vil igjen si at maskinen gir det [[dreiemoment]] og den [[effekt]] som arbeidsmaskinen krever.

Den enkle sentrifugalregulatoren kunne ikke holde en gitt fart, fordi den vil forutsette en ny hastighet som respons på belastningsendinger, noe som kalles ''stasjonært avvik''. Regulatoren var i stand til å håndtere mindre tilstandsvariasjoner, som for eksempel varierende varmeutvikling i kjelen. Blant dens andre ulemper var en tendens til oscillasjoner som respons på hastighetsendring. Ofte vil lastavslaget bli litt for stort slik at hastigheten blir noe lavere enn ønsket, regulatoren vil dermed måtte øke pådraget, som i neste omgang blir litt for høyt. Dette gjentas flere ganger etter hverandre. Dermed fås et oscillerende forløp før ny stasjonær likevekt oppstår, noe som kalles et ''innsvingningsforløp''. Samme forløp vil også oppstå ved et lastpåslag, altså at hastigheten i første omgang går ned. Regulatorene ble forbedret opp gjennom årene, slik at ved slutten av 1800-tallet eksisterte det regulatorer med gode egenskaper for konstant hastighetskontroll.<ref>{{Harvnb|Bennett|1979|pp=}}</ref> Store [[svinghjul]] kompenserte også for regulatorens treghet og svakhet med innsvingningsforløp.

==== Høytrykksmaskiner ====
Watts patent forhindret andre fra å utvikle høytrykksmaskiner. Kort tid etter at Watts patent utløp i 1800, introduserte [[Richard Trevithick]] (1771–1833) og, uavhengig av ham, [[Oliver Evans]] (1755–1819) i 1801<ref name="Thomson 2009">{{cite book  |title=Structures of Change in the Mechanical Age: Technological Invention in the United States 1790–1865  |url=https://archive.org/details/structureschange00thom  |last=Thomson |first= Ross  |year=2009
  |publisher =The Johns Hopkins University Press |location= Baltimore, MD  |isbn= 978-0-8018-9141-0|page=[https://archive.org/details/structureschange00thom/page/n50 34]}}</ref><ref>{{Citation  |last=Cowan |first=Ruth Schwartz  |title=A Social History of American Technology  |publisher=Oxford University Press |place=New York  |year=1997
  |page=74  |isbn=0-19-504606-4}}</ref> maskiner som baserte seg på damp med høyt trykk. Trevithick fikk sin dampmaskin patentert i 1802,<ref>{{cite book|last1=Dickinson|first1=Henry W|last2=Titley|first2=Arthur|title=Richard Trevithick, the engineer and the man|year=1934|publisher=Cambridge University Press|location=Cambridge, England|page=xvi|chapter=Chronology|oclc=637669420}}</ref> mens Evans hadde utarbeidet flere modeller tidligere.<ref>The American Car since 1775, Pub. L. Scott. Baily, 1971, p. 18</ref> Watt hadde benyttet et damptrykk på ikke mer enn 1,5 [[Standardatmosfære|atm]], samt utnyttet undertrykket som kondensatoren skapte. Trevithick gikk mye lengre og anvendte maskiner med et trykk på 8 atm.<ref name="W38"/> Disse var mye kraftigere for en gitt sylinderstørrelse enn tidligere maskiner. De kunne i tillegg gjøres små nok til å være fremdriftsmaskineri for damplokomotiver. Deretter førte teknologiske nyvinninger og forbedringer av produksjonsteknikker til utformingen av mer effektive maskiner som kunne være mindre, raskere eller ha større ytelse, avhengig av bruksområde.<ref name="Hunter 1985" /> Watt på sin side mente at disse maskinene var livsfarlige.<ref name="W38"/>

Den såkalte ''Cornish-maskinen'' ble utviklet av Trevithick og andre i 1810-årene.<ref>{{Harvnb|Hunter|1985|pp=601–628}}</ref> Det var en såkalt ''[[compound]]maskin'' som benyttet høytrykksdamp som  ekspanderte i to trinn, det vil si at dampen først ble benyttet i én sylinder, før den ble ført videre og benyttet i enda en sylinder. Deretter ble lavtrykksdampen ledet ut av maskinen og kondensert, slik at maskinen fikk forholdsvis høy virkningsgrad. Cornish-maskinen hadde uregelmessig bevegelse og dreiemoment gjennom syklusen, noe som begrenset dens anvendelse hovedsakelig til pumping. Cornish-maskinen ble brukt i gruver og for vannforsyning, helt opp til slutten av 1800-tallet.<ref>{{Harvnb|Hunter|1985|pp=601}}</ref>

==== Horisontale stasjonære maskiner ====
[[Fil:Steam engine in action.gif|mini|Dampmaskin med dobbeltvirkende sylinder for stasjonært bruk. Dette var en vanlig maskin på midten av 1800-tallet. Legg merke til sleiden som styrer damptilførselen inn (lyserød) og ut (lyseblå) på hver side av sylinderen. Legg også merke til regulatoren med de to kulene over sylinderen som skal sørge for jevnt turtall.]]

Tidlige konstruktører av stasjonære dampmaskiner anså horisontale sylindere til å bli utsatt for stor slitasje. Derfor ble maskinene konstruert med vertikale sylindre og stempler. Med tiden ble den horisontale ordningen mer populær. Dermed ble mer kompakte, men kraftige dampmaskiner for montasje der plassen er begrenset, utviklet.

Den mest vellykkede av de horisontale maskinene ble kjent som Corliss-dampmaskin, etter Corliss som patenterte denne i 1849. Dette var en dobbeltvirkende maskin med fire ventiler for å styre dampen inn og ut på vekselvis hver sin side av stempelet. Den hadde sogar en automatisk dampventil for variabel avstenging av dampen. Da Corliss ble gitt [[Rumfordmedaljen]] sa komiteen at ''«ingen oppfinnelse siden Watts tid har gitt så store forbedringer av effektiviteten av en dampmaskinen»''.<ref name="NE Manufacturers 1879">{{cite book  |title=New England Manufacturers and Manufactories  |author=Van Slyck, J.D.  |others=volume 1  |series=New England Manufacturers and Manufactories  |url=  |year=1879  |publisher=Van Slyck | page=198}}</ref> I tillegg til å bruke 30 % mindre damp, utviklet den jevn hastighet på grunn av finessen med variabel dampstenging, noe som gjorde den godt egnet til å drive produksjonprosesser, spesielt spinning av bomull.<ref name="Hunter 1985">{{cite book |title=A History of Industrial Power in the United States, 1730–1930 |others=Vol. 2: ''Steam Power'' |last1=Hunter |first1= Louis C.
|year=1985 |publisher =University Press of Virginia|location= Charolttesville|isbn= |page =}}</ref><ref name="Thomson 2009" /> Corliss fikk i anledning av en utstilling i Philadelphia i 1876 bygget til da verdens største dampmaskin med en ytelse på 2400 hk. Denne var 12 meter høy.<ref name="W39">[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 39.]]</ref>

==== Stadig bedre dampkjeler ====
[[Fil:Lancashire boiler (Jamieson, Elementary Manual on Heat Engines).jpg|mini|En såkalt ''Lancashire boiler'' fra 1911. En stor del av volumet vist med rødt er fylt med vann. Innkast av [[kull]] skjer gjennom de to ovnsdørene vist i bildet øverst til venstre. Ild og røyk føres gjennom to store kanaler gjennom kjelen, deretter følger røykgassene i en kanal først under kjelen, så på sidene av den, se pilene i det oransje området. ]]

[[Fil:Schmidt superheater (Heat Engines, 1913).jpg|mini|Illustrasjon av ''Schmidts superheater'' fra boken ''Heat Engines'' utgitt 1913.]]

De tidlige dampkjeler var store beholdere som lignet kjeler; de hadde plan bunn og hvelvet overdel. Typisk lå trykket bare så vidt over atmosfærens trykk, men da en gikk over til noe større trykk på slutten av 1700-tallet, begynte en å anvende sylindriske dampkjeler. Ellers var det vanlig at kjelene ble innmurt og at fyringen skjedde fra undersiden.<ref name="WA4">[[#WA|Watzinger: ''Dampkjeler'' side 4.]]</ref>

Både Newcomen og Savery bygde dampkjeler basert på erfaring fra bryggeriene som på denne tiden utviklet store bryggepanner. Et stort problem på 1700-tallet var å finne konstruksjonsmetoder for å holde kjelene tette. Ofte ble tjære og drev (hamp), talg (innvollsfett) og bek brukt i skjøtene mellom platene som kjelen ble satt sammen av, men det beste viste seg ofte å ha litt hestemøkk i dampkjelen. Stråfibrene i møkk ville nemlig presse seg inn mellom lekke fuger, slik at disse etter hvert ble tettet igjen.<ref>[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 42.]]</ref>

Watt mente at trykket måtte holdes lavt for å unngå kjeleeksplosjoner, mens konkurrenten  Trevithick dristet seg til å øke trykket. Da en av hans kjeler eksploderte i 1803 og drepte to personer, henvendte Watt seg til parlamentet med beskyldning om at Trevithick var en farlig morder som måtte stoppes.<ref>[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 43.]]</ref> Dampkjeler som eksploderte var ikke uvanlig utover 1800-tallet. [[Tinius Olsen]] (1845–1932) var en  ingeniør fra Kongsberg som slo seg ned i USA. I Philadelphia bygget han et verksted for prøving av dampkjeler for å gjøre grundige tester før de ble satt i bruk.<ref>[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 44.]]</ref> Dette virksomheten eksisterer fremdeles og er spesialisert på materialtesting.

Dampkjelene ble bygget som komplekse systemer for å få best mulig varmeovergang fra ild og røykgass til vannet i kjelen. Illustrasjonen (Lancashire boiler) viser en dampkjele der selve forbrenningen skjer i to runde kanaler inne i selve kjelen, såkalte ''flammerør'', videre føres røyken via kanaler på utsiden av kjelen. I hovedsak ble forskjellige typer av ''røykrørskjeler'' benyttet gjennom 1800-tallet og utover begynnelsen av 1900-tallet. Disse hadde en mengde gjennomgående rør gjennom kjelen der røykgassen ble ført.<ref name="WA4"/> Senere ble ''vannrørskjeler'' mer og mer vanlige, der vannet føres inn i en mengde rør omgitt av ild og røykgasser. Dampen dannes i disse rørene, og i de såkalte ''tromlene'' utskilles dampen fra vannet. En stor fordel med disse kjelene er at damptrykket ikke virker på store flater, dermed kunne en øke trykket, temperaturen og størrelsen omtrent så mye en måtte ønske. For øvrig ble de første kjeler av vannrørstypen foreslått  rundt midten av 1800-tallet, men først på slutten av århundret fikk de noen større anvendelse.<ref name="ReferenceB">[[#WA|Watzinger: ''Dampkjeler'' side 6.]]</ref>

Det er det store trykket i dampkjelen som gjør at vannet, og dermed også damptrykket, kan heves til temperaturer godt over 100&nbsp;°C. (Kokepunktet til vann er 100&nbsp;°C ved  atmosfæretrykk). Ved å operere med høye temperaturer økes effektiviteten til dampkjelen, slik at høyt trykk og høy temperatur ble et viktig mål for å redusere energiforbruket.

Senere ble dampmaskinene bygget med kjeler som skapte damp med svært høy temperatur, såkalt  overopphetet damp. Den tyske ingeniøren [[Wilhelm Schmidt]] (1858–1924) regnes for å stå bak gjennombruddet innenfor teknologien som kalles ''overhetet damp''.{{efn|Engelsk: «superheated steam»}} Schmidt konstruerte dampkjeler med ett trinn etter selve kjelen der vannet koker, der han lot dampen gå gjennom et sinnrikt system av rør, se illustrasjon (Schmidts superheater). Disse rørene var anbrakt der ild og røykgasser passerte, slik at dampen fikk temperaturer helt opp mot 350&nbsp;°C. Med denne videreutviklingen ble effektiviteten, eller virkningsgraden, forbedret ytterligere. Forbruket av drivstoff per utviklet hestekrafttime (energi) er et mål for dette. Newcomens dampmaskin brukte 18&nbsp;kg kull, Watts maskin 4&nbsp;kg kull, Corliss' maskin 600&nbsp;g kull og i moderne tid bare rundt 200&nbsp;g kull, der alle tall er masseenhet kull per hestekrafttime.<ref name="W39" />

=== Utvikling innenfor anvendelsesområder for dampmaskiner ===
==== Damplokomotiv ====
[[Fil:Locomotive trevithick.svg|thumb|Trevithick's Coalbrookdale-lokomotiv fra 1802. Dette var bygget for jernverket i Coalbrookdale i Storbritannia.]]

Ettersom utviklingen av dampmaskiner gjorde store fremskritt utover 1700-tallet, ble det gjort flere forsøk på å bruke dem til transport.<ref name="ODNBTrevithick">{{cite book  |last=Payton |first=Philip|year=2004 |title=Oxford Dictionary of National Biography  |publisher=Oxford University Press}}</ref><!--Cugnot er sannsynligvis ''ikke'' relevant her, men det er svært sannsynlig at Murdoch påvirket Trevithick. --> I 1784 bygget den skotske oppfinneren William Murdoch (1754–1839) en prototype på et dampdrevet kjøretøy.<ref>{{cite book  | last =Gordon  | first =W.J. | authorlink =  | title =Our Home Railways, volume one  | publisher =Frederick Warne and Co  | year =1910  | location =London  | pages =7–9  | url =  | doi =  | id = }}</ref> En tidlig arbeidsmodell av et dampdrevet lokomotiv ble konstruert av Fitch i USA, trolig i løpet av 1780- eller 1790-årene.<ref>{{cite web|url=http://www.nps.gov/history/history/online_books/steamtown/shs2.htm |title=Nation Park Service Steam Locomotive article with photo of Fitch Steam model and dates of construction as 1780–1790 |publisher=Nps.gov |date=2002-02-14 |accessdate=2009-11-03}}</ref> Hans damplokomotiv brukte hjul som ble ledet av skinner.

Det første fullskala jernbanedamplokomotiv som fungerte, ble bygget av Trevithick i Storbritannia. Den [[21. februar]] [[1804]] ble verdens første jernbanereise foretatt, da Trevithicks navnløse damplokomotiv kjørte av gårde med et tog langs jernbanelinjen fra Pen-y-darren jernverk, i nærheten av [[Merthyr Tydfil]] til Abercynon i den sørlige delen av Wales.<ref name="ODNBTrevithick" /><ref>{{cite web |url=http://www.museumwales.ac.uk/en/rhagor/article/trevithic_loco/ |title=Richard Trevithick's steam locomotive &#124; Rhagor |publisher=Museumwales.ac.uk |accessdate=2009-11-03 |url-status=dead |archiveurl=https://web.archive.org/web/20110415125004/http://www.museumwales.ac.uk/en/rhagor/article/trevithic_loco |archivedate=2011-04-15 |tittel=Arkivert kopi |besøksdato=2009-11-03 |arkivurl=https://web.archive.org/web/20110415125004/http://www.museumwales.ac.uk/en/rhagor/article/trevithic_loco |arkivdato=2011-04-15 |url-status=død }} {{Kilde www |url=http://www.museumwales.ac.uk/en/rhagor/article/trevithic_loco/ |tittel=Arkivert kopi |besøksdato=2017-02-19 |arkiv-dato=2011-04-15 |arkiv-url=https://web.archive.org/web/20110415125004/http://www.museumwales.ac.uk/en/rhagor/article/trevithic_loco/ |url-status=unfit }}</ref><ref>{{cite news| title= Steam train anniversary begins| url = http://news.bbc.co.uk/1/hi/wales/3509961.stm | publisher   = [[BBC]]| accessdate  = 2009-06-13 | quote = A south Wales town has begun months of celebrations to mark the 200th anniversary of the invention of the steam locomotive. Merthyr Tydfil was the location where, on 21 February 1804, Richard Trevithick took the world into the railway age when he set one of his high-pressure steam engines on a local iron master's tram rails | date=2004-02-21}}</ref> Konstruksjonen av lokomotivet innebar en rekke viktige innovasjoner, blant annet å bruke høytrykksdamp, som reduserte vekten av maskinen og ga økt effektivitet. Trevithick besøkte Newcastle senere i 1804, og Colliery-banen i Nordøst-England ble et ledende senter for eksperimentering og utvikling av damplokomotiver.<ref name="Garnett,2005">{{cite book |last=Garnett |first=A.F. |title=Steel Wheels |url=https://archive.org/details/steelwheelsevolu0000garn |publisher=Cannwood Press |year=2005| pages=[https://archive.org/details/steelwheelsevolu0000garn/page/18 18]–19}}</ref>

Trevithick fortsatte sine egne eksperimenter med lokomotiver, blant annet utviklet han lokomotivet ''[[Catch Me Who Can]]'' («Fang meg den som kan») i 1808. Fire år senere ble det vellykkede lokomotivet ''[[Salamanca (lokomotiv)|Salamanca]],'' med to sylindre, konstruert av maskinbyggeren Matthew Murrayble (1765–1826). Han satte dette i drift på gruvebanen [[Middleton Railway]].<ref name="Young,1923">{{cite book  |last=Young |first=Robert  |title=Timothy Hackworth and the Locomotive  |publisher=the Book Guild Ltd
  |location=Lewes, UK  |year=2000  |edition=(=reprint of 1923 ed.)}}</ref> I 1825 bygde [[George Stephenson (ingeniør)|George Stephenson]] (1781–1848) ''Locomotion'' for [[Stockton and Darlington Railway]]. Dette var den første offentlige jernbanen i verden, senere i 1829 bygde han det kjente lokomotivet ''[[The Rocket]]''. Det ble på denne tiden avholdt en konkurranse om hvem som kunne bygge det beste lokomotivet, kjent som [[Rainhillkonkurransen]]. The Rocket var påmeldt og vant konkurransen.<ref name="Ellis,1968">{{cite book |title=The Pictorial Encyclopedia of Railways |url=https://archive.org/details/pictorialencyclo0000elli_s9m4 |author=Hamilton Ellis |publisher=The Hamlyn Publishing Group |year=1968 |pages=[https://archive.org/details/pictorialencyclo0000elli_s9m4/page/24 24]–30}}</ref>

Da [[Liverpool and Manchester Railway]] åpnet i 1830, var dette den første banen som kun brukte damplokomotiver både for person- og godstogene. Damplokomotiver fortsatte å bli produsert frem til slutten av 1900-tallet i land som Kina og det tidligere Øst-Tyskland.<ref>Michael Reimer, Dirk Endisch: ''Baureihe 52.80 – Die rekonstruierte Kriegslokomotive'', GeraMond, ISBN 3-7654-7101-1</ref>

==== Kjøretøyer ====
[[Fil:1953 Paxton Phoenix.jpg|mini|En dampdrevet bil fra 1950-årene kalt Paxton Phoenix produsert av McCulloch Motors Corporation. Bilen har en ytelse 89 kW. {{byline|John Lloyd}}]]

De første ideer om dampdrevne kjøretøyer oppstod på slutten av 1600-tallet,<ref name=SM>{{Kilde www | forfatter= Smith, Meghan E. | url= https://auto.howstuffworks.com/fuel-efficiency/alternative-fuels/steam-powered-car.htm | tittel= Is there a future for steam-powered, super-efficient cars? | besøksdato= 5. november 2018 | utgiver= HowStuffWorks | arkiv_url= | dato = }}</ref> og [[Ferdinand Verbiest]] (1623–1688) er muligens den som bygde det første dampdrevne kjøretøyet allerede i 1672.<ref> {{cite book  |last=Setright  |first=L. J. K.  |authorlink=L. J. K. Setright |title=Drive On!: A Social History of the Motor Car  |publisher=Granta Books  |year=2004 |isbn=1-86207-698-7 |ref=LJK Setright, Drive On!}}</ref> Imidlertid er det mer sikker dokumentasjon for at det første dampdrevne kjøretøyet ble bygget av [[Nicolas-Joseph Cugnot]].<ref name=SM />

I den første halvdelen av 1800-tallet ble det gjort store fremskritt med bruk av damp for å drive kjøreinnretninger. Forbedringer innenfor kjøretøyteknologi fortsatte fra 1860-årene til ut på 1920-årene. Dampdrevne kjøretøyer ble brukt til mange formål, men den raske utviklingen av [[forbrenningsmotor]]en på begynnelsen av 1900-tallet førte til at en mistet troen på dampmaskinen for fremdrift av motorkjøretøyer på kommersiell basis. Dette til tross for at dampdrevne biler hadde fordeler som at de ikke trengte gir, de var relativt stillegående og forurenset lite, samt at de kunne bruke mange typer drivstoff.<ref name=SM/><ref>{{Kilde www | forfatter= Anthony, Sebastian | url= https://www.extremetech.com/extreme/148416-are-steam-cars-poised-for-an-epic-comeback | tittel= Are steam cars poised for an epic comeback? | besøksdato= 5. november 2018 | utgiver= ExtremeTech | arkiv_url= | dato = 18. februar 2013}}</ref><ref>{{Kilde www | forfatter= Bellows, Alan | url= https://www.damninteresting.com/the-last-great-steam-car/ | tittel= The Last Great Steam Car | besøksdato= 5. november 2018 | utgiver= Damn Interesting | arkiv_url= | dato = 24. oktober 2006}}</ref>

Forskjellige dampdrevne stasjonære og mobile enheter ble konstruert for anvendelse på større gårdsbruk. Med anvendelse i jordbruket ble det en økning i areal tilgjengelig for dyrking. Det har blant annet vært benyttet dampdrevne [[traktor]]er.<ref>{{citation |first=Søren B. P. |last=Kristensen |year=2009 |title=Geografisk Tidssckrift -Danish Journal of Geography |page=50 |url=http://rdgs.dk/djg/pdfs/109/1/GEO_109_1_4.pdf |url-status=dead |archiveurl=https://web.archive.org/web/20100108062530/http://rdgs.dk/djg/pdfs/109/1/GEO_109_1_4.pdf |archivedate=2010-01-08 |tittel=Arkivert kopi |besøksdato=2013-04-27 |arkivurl=https://web.archive.org/web/20100108062530/http://rdgs.dk/djg/pdfs/109/1/GEO_109_1_4.pdf |arkivdato=2010-01-08 |url-status=død }} {{Kilde www |url=http://rdgs.dk/djg/pdfs/109/1/GEO_109_1_4.pdf |tittel=Arkivert kopi |besøksdato=2017-02-19 |arkiv-dato=2010-01-08 |arkiv-url=https://web.archive.org/web/20100108062530/http://rdgs.dk/djg/pdfs/109/1/GEO_109_1_4.pdf |url-status=yes }}</ref>

På slutten av 1960-årene ga luftforurensningsproblemer i California opphav til en kort periode hvor det ble satset på å utvikle dampdrevne biler. På grunn av renere forbrenning og mulig høyere virkningsgrad med ekstern forbrenning, håpet en at dette skulle føre til mindre forurensning. Forskningen ble finansiert både av delstaten og privat, men forsøkene strandet i midten av 1970-årene.<ref>{{Kilde www | forfatter=Matt Novak | tittel=Steam-Powered Cars: California’s 1970s Smog Solution | url=https://psmag.com/steam-powered-cars-california-s-1970s-smog-solution-2a07ce3d7969#.tw49pypzj | besøksdato= 7. februar 2017 | verk= |utgiver=Pacific Standard | arkiv_url= |arkivdato=13. februar 2013 |sitat= }}</ref>

==== Skipsmaskiner ====
[[Fil:TMW 677 - Triple expansion compound steam engine.jpg|mini|Dobbeltvirkende trippelekspansjonsdampmaskin gjennomskåret. Høytrykkssylinderen til venstre, mellomtrykk i midten og lavtrykkssylinderen til høyre. Sleidene som styrer dampen på hver sin side av stemplene sees til venstre for hver av sylindrene de tilhører. Denne har stått i en Østerriksk torpedobåt fra 1888. Ytelsen var 660 kW og rotasjonshastighet 280-370 [[rpm]].]]

Allerede James Watt var inne på tanken om å drive et skip med dampmaskin. Blant annet snakket han om en ''«spiralformet åre»'' drevet av en dampmaskin, altså en idé til en propell. Det var imidlertid briten [[Jonathan Hulls]] (1699–1758) som først gjorde forsøk med en dampdrevet båt, der skovlhjul på siden ble brukt for fremdrift. Hans forsøk skal ha skjedd rundt 1736, men var ikke spesielt vellykket.<ref>[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 49.]]</ref> Senere greide amerikaneren John Fitch (1743–1798) å lage en fungerende dampdrevet båt som ble demonstrert i Philadelphia i august 1787. Denne ble brukt i forsøk med post- og passasjerbefordring.<ref>[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 50.]]</ref>

Det første dampskip for passasjerer ble bygget av Henry Bell (1767–1830) i 1812 og fikk navnet «Comet». Dette gikk mellom [[Greenock]] og [[Glasgow]], før det ble ødelagt i 1820. I løpet av dets levetid var det blitt bygget flere dampskip både i Europa og USA, de fleste for transport på elver.<ref>[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 51.]]</ref>  Det første dampskip over Atlanteren var «Savannah», dette hadde både seil og dampmaskin. På sin jomfrutur i 1819 brukte det 29 dager fra New York til England. På seilasen var dampmaskinen i drift bare rundt 80 timer. Skipet fortsatte inn Nordsjøen, helt til Sankt Petersburg. På tilbaketuren var skipet innom [[Norskekysten]]. Sjøfolk som så skipet mente at ting ikke gikk riktig for seg, for som det ble sagt, kan en ikke «koke seg over Atlanterhavet».<ref>[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 53.]]</ref> Frem til 1838 var det bare noen få seilskip med dampmaskin ombord som dro over Atlanteren, men dette året krysset britiske DS «Sirius» Atlanteren kun med dampmaskin som fremdriftsmiddel. Det store gjennombruddet for dampskip kom i 1880-årene, da denne teknologien ble så godt utviklet at seilskip gradvis ble fortrengt.<ref>[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 54.]]</ref>

Mot slutten av 1800-tallet kom flertrinns dampmaskiner i utbredt bruk. Disse virker ved at damp fra en sylinder føres ut og utnyttes videre i neste trinn der sylinderen har større volum. Etter som dampen fortsatt har trykk, kan den utnyttes slik at neste sylinders større volum kompenserer for det lavere trykket. Dermed oppnås økt virkningsgrad. Spesielt på skip ble slike maskiner benyttet hvor høy virkningsgrad var viktig for å redusere vekten av kullbeholdningen.<ref name="Hunter 1985"/> I 1883 hadde en oppnådd å konstruere maskiner med en ytelse på opptil 10&nbsp;000&nbsp;hk.<ref name="ReferenceA"/> 

Før og under [[første verdenskrig]] var stempeldampmaskiner dominerende for skip. Imidlertid ble ofte stempelmaskiner erstattet av [[dampturbin]]er der stor hastighet var nødvendig, for eksempel i [[krigsskip]] og [[cruiseskip]]. {{HMS|Dreadnought|1906|6}}, bygget i 1905, var det første store krigsskip som erstattet den velprøvde teknologien med stempelmotor med den da nye dampturbinen.<ref>{{cite book|last=Burt|first=R. A.|title=British Battleships of World War One|url=https://archive.org/details/bwb_P9-EIZ-549|publisher=Naval Institute Press|location=Annapolis, Maryland|year=1986|isbn=0-87021-863-8|page=[https://archive.org/details/bwb_P9-EIZ-549/page/31 31]}}</ref><ref>Brooks, John. ''Dreadnought Gunnery at the Battle of Jutland''. [Pg. 14]</ref> Fremskritt i utformingen av [[forbrenningsmotor]]er førte til en gradvis overgang til disse maskinene i handelsskip.<ref Name="Wiser" /> Dampturbiner har imidlertid vært anvendt en del på store skip utover på 1900-tallet.<ref>[[#I|Imsland: ''Skipsmaskinlære'' side 8 og 252.]]</ref>

==== Oppfinnelsen av dampturbinen ====
[[Fil:The Steam Turbine, 1911 - Fig 29 - Parsons' Combined Impule-Reaction Turbine.jpg|mini|Parsons' dampturbin med dekslet løftet av slik at en kan se skovlhjulet. Illustrasjon fra 1911.]]

[[Fil:Turbinia At Speed.jpg|mini|''[[Turbinia]]'' var verdens første båt med [[dampturbin]]. {{byline|Alfred John West }}]]

Den siste store utviklingen innenfor dampteknologi var utviklingen av [[dampturbin]]er som startet på slutten av 1800-tallet. Dampturbiner er generelt mer effektive enn stempelmaskiner, spesielt for ytelser over flere hundre hestekrefter. De har færre bevegelige deler, og gir en roterende bevegelse direkte, i motsetning til stempelmaskiner som krever et ofte komplisert system av akslinger og stenger for å omforme stempelbevegelsen til rotasjon.<ref name=smil>{{Citation|page= 62| title=Creating the Twentieth Century: Technical Innovations of 1867–1914 and Their Lasting Impact|author= [[Vaclav Smil|Smil, Vaclav]] |isbn= 0-19-516874-7 |url=https://books.google.com/?id=w3Mh7qQRM-IC&pg=PA71&lpg=PA71&dq=Transformer+coltman+1988|accessdate=2009-01-03|year=2005|publisher=Oxford University Press|postscript=}}</ref> Pionerene innenfor utviklingen av dampturbiner var den svenske ingeniøren [[Gustaf de Laval]] (1845-1913) og den britiske ingeniøren [[Charles Algernon Parsons]] (1854-1931). Disse bygget hver sine dampturbiner uavhengig av hverandre og etter helt forskjellige prinsipper, i 1880-årene. De Laval lot dampen strømme ut av dyser med stor fart mot et skovlhjul. Hjulet fikk da en fart på oppimot 30&nbsp;000&nbsp;rpm, noe som i seg selv skapte store utfordringer, blant annet med å unngå at akslingen gikk i stykker. Parsons laget skovler på turbinhjulet som lot dampens hastigheten bli stadig mindre, samtidig som volumet økte på sin vei gjennom dem, se illustrasjon.<ref name="W41">[[#W|Wetting: ''Ilden, hjulet og mennesket'' side 4.]]</ref>

Dampturbiner hadde nesten fullstendig erstattet stempelmaskiner i kraftverkene allerede tidlig på 1900-tallet. Deres høyere virkningsgrad, større og jevnere hastighet passer bedre til å drive generatorer enn stempelmaskiner.<ref name="Wiser">{{cite book  |title=Energy resources: occurrence, production, conversion, use  |last= Wiser |first= Wendell H.  |year= 2000  |publisher= Birkhäuser  |isbn= 978-0-387-98744-6  |page= 190  |url= https://books.google.com/books?id=UmMx9ixu90kC&pg=PA190&dq=electrical+power+generators+steam+percent&hl=en&ei=JppoTpVexNmBB4C72MkM&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=2&ved=0CDgQ6AEwATgK#v=onepage&q=steam&f=false}}</ref> Moderne dampturbiner kan ha flere tusen skovler, der damptemperaturer på 500&nbsp;°C med et trykk på 100&nbsp;atm ikke er uvanlig.<ref name="W41"/>

== Oppsett og virkemåte for dampmaskiner ==
[[Fil:Steam locomotive work.gif|mini|Animasjon som viser hvorledes en enkel dampmaskin fungerer, her på et damplokomotiv. Rød farge viser dampen som kommer inn i sylinderen (7) på vekselvis den ene eller andre siden av stempelet. Når det strømmer inn damp på den ene siden, støtes dampen ut på den andre siden av stempelet. Sleiden (6) sørger for at damp inn og ut skjer til riktig tidspunkt/posisjon. Kraften og bevegelsen fra stempelet overføres til lokomotivets hjul via stenger (5) slik at alle de tre store hjulene drives rundt. I tillegg er det stenger for sleidstyringen, som blant annet kan reverseres, samt at en kan regulere hvor stor del av slaglengden stempelet skal få trykksatt damp fra kjelen. Alt dette kan reguleres av lokomotivføreren via stengene (1, 2, 3, 4 og 8).]]

=== Enkel stempeldampmaskin  === 
På sitt aller enkleste fungerer en stempeldampmaskin ved at dampen passerer gjennom bare én sylinder.<ref>''Basic Mechanical Engineering'' av Mohan Sen, side 266</ref> Den brukte dampen går så direkte ut i luften, eller inn i en kondensator. Etter som dampen ekspanderer når den trykker stempelet i sylinderen ut, synker dens temperatur, siden det ikke er noen tilførsel av varme når dette skjer. En slik prosess, der ingen varme blir tilført et systemet med ekspanderende damp, er kjent som en ''[[Adiabatisk prosess|adiabatisk ekspansjon]]''. Prosessen er karakterisert ved at damp kommer inn i sylinderen med høy temperatur og forlater den med lavere temperatur. Dette fører til en syklus av oppvarming og avkjøling av sylinderen for hvert slag, noe som betyr tapt virkningsgrad. For å få mer energi ut av dampen for hver stempelbevegelse, kan sylinderens slaglengde økes, men dette gir ulempen med at sylinderveggen får større overflater, noe som gir økte varmetap.<ref>{{Harvnb|Hunter|1985|pp=445}}</ref>

=== Sammensatte maskiner === 
En metode for å redusere omfanget av energitapet i en lang sylinder ble oppfunnet i 1804 av den britiske ingeniøren [[Arthur Woolf]] (1766-1837), som patenterte det han kalte ''Woolfs høyttrykk compound dampmaskin'' i 1805. Maskinen virket ved at høytrykksdamp fra kjelen ekspanderte i en ''høytrykkssylinder'', deretter ble dampen ledet inn i én eller flere etterfølgende ''mellom-'' og ''lavtrykkssylindere''. Hele ekspansjonen av damp ble dermed oppnådd gjennom flere sylindre, noe som reduserte arealet av sylindervegger som ble eksponert for damp. Ved at en oppnådde mindre areal per volumenhet av damp i hver sylinder, gikk mindre varme tapt i hver av dem, noe som økte maskinens virkningsgrad. Da en arrangerte dampmaskinene slik at ekspansjonen skjedde i flere sylindere, kunne også problemet med varierende dreiemoment reduseres. For at det skulle bli utviklet likt arbeid i sylinderne med lavere trykk, måtte de ha et større sylindervolum ettersom denne dampen opptar større volum. Derfor ble sylinderdiameteren, og gjerne også slaglengden, økt i lavtrykkssylinderne.<ref name="Hunter 1985" /> Typisk vil lavtrykkssylinderens areal bli to til tre ganger høytrykkssylinderens areal.<ref name=NSB104/>

''Dobbel ekspansjonsmaskin'' (ofte omtalt som ''[[compound]]maskiner'') lot dampen ekspandert i to trinn. En kunne la disse dupliseres, eller istedenfor én stor lavtrykkssylinder kunne det være to enheter. Dermed kunne høytrykkssylinderen mate ut damp til vekselvis den ene og den andre lavtrykkssylinderen. Dette ga et oppsett med tre sylindre med stempeldiameter som var omtrent den samme, slik at de frem- og tilbakegående massene lettere kunne balanseres.<ref name="Hunter 1985" />

Compoundmaskiner med to sylindere kunne arrangeres som: ''Rekkemaskin'' der sylindrene stod side ved side i en rekke, ''Tandemmaskin'' der sylindrene stod ende mot ende og hadde en felles veivstang mellom seg, eller ''V-maskin'' der sylinderne ble arrangert i en V (vanligvis i 90° vinkel) med felles veivaksel.

En annen måte en kunne sette sammen maskiner på var den såkalte ''tandemmaskinen'', som bestod av to compoundmaskiner i rekke med felles aksling.<ref>{{ Kilde bok | forfatter = Waack, Erling | utgivelsesår = 1947 | tittel = Dampmaskinlære: til bruk ved Oslo tekniske skole | utgivelsessted = Oslo | forlag = Comercio | url = http://urn.nb.no/URN:NBN:no-nb_digibok_2012050908237 | side = 13}}</ref>

Bruk av compoundmaskiner ble vanlig for dampmaskiner i industri, damplokomotiver og nesten enerådende i skipsmaskiner etter 1880. Imidlertid var bruken av compoundmaskiner ikke alltid like utbredt for damplokomotiver, der dette ofte ble ansett som komplisert. Delvis på grunn av det vanskelige driftsmiljøet på et lokomotiv, delvis på grunn av begrenset plass gitt av lasteprofil for tunnelene, som spesielt i Storbritannia var lite.<ref name="van Riemsdijk, Compound Locomotives" />

=== Multiple ekspansjonsmaskiner === 
[[Fil:Triple expansion engine animation.gif|thumb|En animasjon av en forenklet trippel ekspansjonsdampmaskin.<br /> Høytrykksdamp, rød farge, kommer fra kjelen og passerer gjennom maskinen hvor både trykk og temperatur faller, mens volumet øker, markert med at fargen skifter mot blått.]]

Det er en logisk utvidelse av compoundmaskinen å øke ekspansjon i enda flere trinn for å øke effektiviteten. Resultatet er en ''multippel ekspansjonsmaskin''. Slike dampmaskiner bruker enten tre eller fire ekspansjontrinn og er kjent som henholdsvis ''trippel-'' og ''kvadrupelekpspansjonsmaskiner''.<ref>{{ Kilde bok | forfatter = Waack, Erling | utgivelsesår = 1947 | tittel = Dampmaskinlære: til bruk ved Oslo tekniske skole | utgivelsessted = Oslo | forlag = Comercio | url = http://urn.nb.no/URN:NBN:no-nb_digibok_2012050908237 | side = 12 }}</ref> Disse maskinene bruker en rekke av sylindre med progressivt økende diameter. Disse trinnene er utformet for å dele arbeidet inn i like deler for hvert av ekspansjonstrinnene, for å få jevnest mulig gange.<ref name=NSB104>[[#NSB|NSB: ''Damplokomotiver'' side 104.]]</ref>

Illustrasjonen viser en animasjon av en trippel ekspansjonsmaskin. Dampen går gjennom maskinen fra venstre til høyre. Kontrollen av hvor dampen skal føres inn og ut av hver av sylinderne skjer av ventilstyringen til venstre for hver av sylinderne. Dette kalles for ''sleidstyring'', der den bevegelige enheten kalles for ''sleiden''. To hovedtyper er ''rund-'' og ''flatsleider'', der den første brukes for høytrykkssylindre og den sistnevnte for lavtrykkssylindre. Sleidene arbeider inne i et kammer kalt ''sleidskap,'' som står i direkte tilknytning til sylindrene.<ref>[[#I|Imsland: ''Skipsmaskinlære'' side 255.]]</ref>

=== Stempeldampmaskinens arbeidssyklus ===
[[Fil:Indicator diagram steam admission.svg|mini|Skjematisk indikatordiagram med stempelposisjonen langs x-aksen og damptrykket langs y-aksen. Det er påført tekster som viser noen av trinnene i et dobbelt stempelslag: Fylling, (steam admission), ekspansjon (expansion), utstrømning (return stroke) og komprimering (compression).]]

[[Fil:Walschaert gear reversing.gif|mini|Animasjon som viser hvordan et damplokomotiv skifter til kjøring i revers (''omkast''<ref>[[#I|Imsland: ''Skipsmaskinlære'' side 259.]]</ref>). Lokomotivføreren beveger den lange stangen som sees over hjulene, dermed endres sleidstyringens rekkefølge på fylling og utslipp.]]

[[Fil:Steam engine Lap and lead diagram.png|mini|Rundsleid med såkalte ''dekninger''. Når sleiden er i midtstilling som i den øverste figuren dekker den både litt innenfor og utenfor hver av dampkanalene, disse ''styrende kantene'' er ikke like store og gir derfor ulik tid for dampinnløp («Exhaust lap») og damputløp («Steam lap»). Den nederste figuren viser ''Lineært forsprang'' (eller ''lead'') som sørger for at dampen begynner å strømme inn i sylinderen litt før stempelet når sin endestilling, kalt ''førinnstrøming'' (stempelet skal altså fortsatt bevege seg litt mer mot venstre før det snur).<ref>[[#NSB|NSB: ''Damplokomotiver'' side 112–113.]]</ref> Mottrykket som da oppstår er et tap i dampens arbeid, men det gir maskinen en roligere gange.<ref>[[#NSB|NSB: ''Damplokomotiver'' side 102.]]</ref>]]

I de fleste stempeldampmaskiner reverseres dampens strømning på hver side av sylinderen, slik at dampen kommer inn og føres ut av den samme porten (åpningen). Under en hel syklus oppstår det to stempelslag der veivakselen beveges en hel runde. I denne syklusen gjennomløpes flere perioder (eller hendelser): nemlig ''fylling'' der damp (''friskdamp'') med fullt trykk fyller sylinderen og skyver stempelet innover, ''ekspansjon'' der stempelet fortsetter å bevege seg, men sleiden stenger slik at volumet i sylinderen øker mens trykket faller, ''forutstrømmning'' som betyr at sleiden åpner før stempelet når enden av sylinderen. Så snur stempelet og en får ''utstrømning'' der stempelet trykker dampen ut, deretter  ''komprimering'' fordi sleiden stenger litt før endestilling, noe som gir ''mottrykk''. Til sist inntreffer ''forinnstrømming'' fordi sleiden åpner for damp litt før stempelet når endepunktet. Hensikten med forinnstrømningen er at det skal være fullt trykk i sylinderen når stempelet når endestilling og nytt ''drivslag'' starter.<ref name="I256">[[#I|Imsland: ''Skipsmaskinlære'' side 256.]]</ref> Ventilene eller sleidene fordeler dampen ved å åpne og lukke for damp gjennom portene som står i forbindelse med sylinderens topp og bunn. Det har blitt utviklet mange forskjellige typer av systemer for denne styringen. Hvorledes trykket i en typisk dampmaskins sylinder endres som funksjon av stempelposisjon er vist i det skjematiske indikatordiagrammet, se illustrasjon.<ref>[[#NSB|NSB: ''Damplokomotiver'' side 112–117.]]</ref>

De viktigste periodene er fylling, forutstrømning og kompresjon. Av stempelets slaglengde utgjør disse tre periodene i deler av stempelslaget; fylling cirka 50–70 %, forutstrømning cirka 8 % og kompresjon cirka 10 %. Selve forinnstrømmingen er meget kort og knapt merkbar.<ref name="I256"/>

De enkleste ventilstyringene sørger for at trinnene skjer ved gitte faste posisjoner av stempelslaget, samt at de muliggjør at maskinen bare roterer i én retning. De fleste systemene har imidlertid en mekanisme for reversering av dreieretningen, se illustrasjon. I tillegg er det gjerne muligheter for å spare damp når maskinen utvikler ønsket effekt, ved at damptilførselen til stempelet opphører etter en gitt lengde av slaget, altså ekspansjon, vanligvis mellom 50 og 70 % av slaglengden.<ref>{{ Kilde bok | forfatter= Dølpher, Richard | utgivelsesår = 1967 | tittel = Dampkraft | utgivelsessted = [Oslo] | forlag = Universitetsforl. | url = http://urn.nb.no/URN:NBN:no-nb_digibok_2008052004013 | side = 188}}</ref><ref name="I262"/> Ved hjelp av justering kan dette skje gradvis, og spesielt på damplokomotiver er dette en viktig funksjon. For eksempel vil et tungt tog som kjører opp en fjellside (stor stigning) ha behov for stor fylling, altså damptilførsel over en stor del av stempelslaget.<ref>[[#NSB|NSB: ''Damplokomotiver'' side 266.]]</ref> Et annet tilfelle er et damplokomotiv som skal starte fra stillestående, der det trengs tilførsel av damp over hele slaglengden for å få stor trekkraft.<ref>[[#NSB|NSB: ''Damplokomotiver'' side 100.]]</ref>

En og samme ventil kontrollerer vanligvis dampstrøm både inn og ut av sylinderen. En rask avslutning (stenging) av fyllingen vil på den annen side påvirke utstrømning og komprimering, som ideelt sett bør holdes ganske like. Hvis utstrømningen er for kort, kan en for stor del av dampen bli igjen i sylinderen, og mottrykket blir unødig stort. Altså at for stor kompresjon fører til en kraft mot rotasjonsretningen.<ref>[[#NSB|NSB: ''Damplokomotiver'' side 101–102, samt 113]]</ref>

I 1840- og 1850-årene var det forsøk på å løse dette problemet ved hjelp av ulike ventilstyringer. En egen, variabel ekspansjonsventil ble plassert på baksiden av hovedsleiden. Selve hovedsleiden hadde en fast eller begrenset damptilførsel. Denne kombinasjonen av ventiler ga en god tilnærming til den ideelle styringen, men ga på den annen side økt friksjon og slitasje, samt at mekanismen ble komplisert. Den vanlige kompromissløsning ble å la det være en forlenging av glideflatene på sleidene, såkalte ''dekninger'' slik at den overlapper porten på innslippssiden. Dermed forblir utstrømningssiden åpen i en lengre periode enn innslippsperioden. Denne metoden ble siden ansett som tilfredsstillende for de fleste formål og muliggjør bruk av de lettere sleidstyringene kjent som ''Stephenson-'' ''Joy-'' og ''Walschaerts-sleider''. ''Corlissventil'' og den senere ''poppetventilen'' (som i en forbrenningsmotor) hadde separate ventiler for innslipp og utslipp drevet av styrestenger eller [[Kamaksel|kamakslinger]], profilert for å gi ideelle forhold. Imidlertid lyktes det aldri for disse fabrikantene å få fotfeste utenfor markedet for stasjonære dampmaskiner. Dette skyldtes ulike problemer, som lekkasje og komplekse mekanismer.<ref name="van Riemsdijk, Compound Locomotives">{{cite book|last=van Riemsdijk| first=John|year=1994|title=Compound Locomotives |location=Penrhyn, UK|publisher=Atlantic Transport Publishers|isbn=0-906899-61-3|pages=2–3|ref=van Riemsdijk, Compound locomotives}}</ref><ref>Carpenter, George W. & contributors (2000): La locomotive à vapeur, English translation of André Chapelon's seminal work (1938): pp. 56-72; 120 et seq; Camden Miniature Steam Services, UK. ISBN 0-9536523-0-0</ref>

Av andre spesielle utforminger i nyere tid stod [[Fredrikstad Mekaniske Verksted]] bak en dampmaskin som ble kalt F.M.V.s dampmotor. Dette var en multipel totrinns dampmaskin (tandemmaskin), som hadde dobbelt sett med høytrykks- og lavtrykkssylinder. Denne var en enkeltvirkende maskin med lavtrykkssylinder med porter som slapp dampen ut rundt hele sylinderomfanget.<ref name="I262">[[#I|Imsland: ''Skipsmaskinlære'' side 254.]]</ref> Hensikten med dette var at dampen skulle gå bare én vei i sylinderen, en såkalt ''likestrømsmaskin'', med fordeler som mindre sylinderkondensasjon<ref name="I262"/> og stort gjennomstrømningsareal.<ref name="I262" />

I spesielle tilfeller benyttes såkalte ''fulltrykksmaskiner'', disse lar dampen fra kjelen strømme inn i sylinderen gjennom hele slaget. Disse brukes gjerne på hjelpemaskiner, for eksempel pumper og annet utstyr på skip. For slike maskiner anvendes en ''fulltrykkssleide''.<ref name="I262"/> Fordelen er stort dreiemoment.

== Andre typer av dampmaskiner==
=== Dampmaskin med oscillerende sylinder ===
[[Fil:Single Acting Oscillating cylinder steam engine.gif|mini|Animasjon som viser en enkeltvirkende dampmaskin med oscillerende sylinder.]]

En dampmaskin med oscillerende sylinder er en variant av den enkle ekspansjonsdampmaskinen. Den har ikke egne ventiler eller sleider for å lede damp inn i og ut av sylinderen. For å unngå ventiler, beveger eller oscillerer hele sylinderen, slik at ett eller flere hull i sylinderens ende henholdsvis dekker over eller avdekker hull i en fast plate med hull som står rett overfor den. Disse hullene vil da sørge for enten innslipp eller utstrømning av damp, se animasjon som viser virkemåten.<ref>{{Kilde www | forfatter= | url= https://collections.museumvictoria.com.au/items/408075 | tittel= Steam Engine - Single Cylinder, Oscillating, England, 1830s | besøksdato= 1. november 2018 | utgiver= Museums Victoria | arkiv_url= | dato = }}</ref>

Disse maskinene har hovedsakelig vært anvendt i leketøy og modeller, siden de er enkle og billige. Men de har også blitt brukt som arbeidsmotorer i full størrelse, hovedsakelig på skip. Fordelen med disse maskinene er at de kan gjøres kompakte.<ref>{{cite book|last1=Griffiths|first1=Denis|title=Steam at Sea|url=https://archive.org/details/steamatseatwocen0000grif|date=1997|publisher=Conway Maritime Press|isbn=0 85177 666 3}}</ref>

=== Roterende dampmaskiner === 
Det er mulig å benytte mekanismer basert på stempelfrie rotasjonsmotorer, som i [[wankelmotor]]en. Dette istedenfor stempler og sleidventiler i en dampmaskin. Mange slike maskiner har blitt utformet fra Watts tid og frem til i dag. Imidlertid har få slike maskiner blitt bygget og enda færre har kommet videre til masseproduksjon. En av utfordringene er å få de bevegelige delene damptette, spesielt under slitasje og termisk utvidelse. Dermed gjør lekkasje at slike maskiner er ineffektive. Kontroll og mulighet for å regulere avstengningen av damptilførselen i en del av stempelets bevegelse kan  også være en utfordring.

=== Dampturbin === 
[[Fil:Dampfturbine Laeufer01.jpg|mini|Rotoren til en moderne [[dampturbin]], til bruk i et  [[varmekraftverk]]. {{byline|Christian Kuhna/[[Siemens]]}}]]

En [[dampturbin]] består av én eller flere ''rotorer'' (roterende skiver med skovler) montert på en drivaksel som roterer, mens en rekke ledeskovler er fastmonterte til selve turbinhuset. Rotorene har et propellignende arrangement av blader på den ytre delen av periferien. Dampen virker på disse bladene, noe som gir en jevn roterende bevegelse. Ledeskovlene består av lignende enheter, men er en fastmontert serie av blader som omdirigerer dampstrømmen til neste rotortrinn. En dampturbin slipper vanligvis ut dampen til en kondensator som gir et sug (undertrykk). Trinnene i en dampturbin er gjerne anordnet for å trekke ut det maksimale potensielle arbeidet for en gitt hastighet og trykk av dampen. Konstruksjonen består av en serie med stadig økende størrelser av turbinens skovler fra de minste i høytrykkstrinnet til de største i trinnet med lavest trykk. Turbiner er bare effektive hvis de roterer med relativt stor hastighet. Derfor er de vanligvis koblet til et reduksjonsgir for å få lavere turtall, for eksempel til propellen i et skip.<ref>[[#U|Ulvås: ''Maskinlære '' side 189–201.]]</ref><ref>[[#I|Imsland: ''Skipsmaskinlære'' side 171.]]</ref>

En dampturbin gir direkte [[dreiemoment]], og krever derfor ikke veivstenger eller andre mekanismer for å omdanne en frem- og tilbakegående bevegelse til rotasjon. Således fremstiller turbiner jevnere rotasjonsmoment på den utgående akselen. Dette bidrar til et lavere krav til vedlikehold og mindre slitasje enn for en stempelmotor av samme størrelse.

Den viktigste bruk for dampturbiner er i kraftproduksjon, i 1990 foregikk cirka 90 % av verdens elektrisitetsproduksjon ved bruk av dampturbiner.<ref Name="Wiser" /> I elektrisitetsproduksjon samsvarer den høye hastigheten til turbinen godt med ønsket hastighet for [[Generator|elektriske generatorer]], som vanligvis er direkte koblet til akslingen til turbinen.

== Komponenter og deler til dampmaskiner ==
[[Fil:Rankine cycle layout.png|mini|Prinsipiell fremstilling av hoveddelene i den såkalte [[Clausius–Rankine-prosessen]], som er en betegnelse på den termodynamiske syklusen som skjer i et ideelt lukkede dampanlegg for energiproduksjon.  Matevann (1) føres til dampkjelen (2) ved hjelp av en pumpe, etter fordamping føres dampen til turbinen (3), hvor den brukte dampen føres til kondensatoren (4). Kondensatoren kjøles ned ved hjelp av et eksternt medium som kan motta spillvarmen. Turbinen (3) kan byttes ut med en dampmaskin med stempler.]]

Det finnes to grunnleggende komponenter i en dampmaskin: [[Dampkjele]]n og selve dampmaskinen eller en dampturbin. Stasjonære dampmaskiner settes vanligvis opp i egne bygninger der kjelen og maskinen står i hvert sitt rom med litt avstand fra hverandre. For mobil bruk, som for eksempel i damplokomotiver, er de to hovedenhetene montert sammen.<ref>{{Harvnb|Hunter|year-1985|pp=495–6|Description of the Colt portable engine}}</ref><ref>{{Harvnb|McNeil|1990|pp=|See description of steam locomotives}}</ref>

Andre komponenter som ofte finnes er: fødevannspumpe, eller en [[injektor]], som brukes for å pumpe vann, det som kalles ''fødevann,'' til kjelen under drift;  kondensator for å resirkulere vannet og gjenvinne restvarme etter fordampningen; videre den såkalte ''overheteren'' (engelsk ''superheater''), som egentlig er en [[varmeveksler]] for å heve temperaturen i dampen over det som kan oppnås ved mettet damp.<ref name=Jerome>{{cite book | last1 = Jerome | first1 = Harry | author1-link = | title = Mechanization in Industry, National Bureau of Economic Research | year = 1934 | url = http://www.nber.org/chapters/c5238.pdf |pages=166–7 | postscript = }}</ref>

Når kull er energikilde kan et kjede eller en skrue virke som påfyllingsmekanisme for å transportere kullet inn i brennkammeret.<ref name=Jerome/> Vekten av kjele og kondensator gjør vanligvis forholdet mellom vekt og effekt av et dampanlegg lavere enn for forbrenningsmotorer eller andre konkurrerende drivmaskiner.

=== Dampsyklusen ===
Clausius–Rankine-prosessen er det teoretiske grunnlaget for den termodynamiske prosessen for å beskrive en dampmaskin. Syklusen skapes av et system av komponenter som gjerne brukes for energikonvertering. Denne utnytter faseforandring av vann for å tilveiebringe en praktisk overgang fra varme til mekanisk energi, altså ved at kokende vann produserer damp, dampen driver dampmaskinen, utslippsdampen kondenseres og omformes deretter tilbake til vann.<ref name=Dah/>

Prosessen er det grunnleggende prinsipp for flere typer kraftverk, som for eksempel de fleste [[Solfanger|solvarme]]-, [[biomasse]]-, [[Kullkraft|kull]]- og [[Kjernekraftverk|atomkraftverk]]. Syklusen er oppkalt etter [[William John Macquorn Rankine]] (1820–1872)  og den tyske fysikeren [[Rudolf Clausius]] (1822–1888). Clausius–Rankine-syklusen er noen ganger referert til som en praktisk [[carnotprosess]]. Dette er fordi [[temperatur-entropi-diagram]]et ved bruk av en effektiv turbin vil begynne å likne carnotsyklusen. Den viktigste forskjellen er at varmetillegget (i kjelen) og avgivelsen (i kondensatoren) er [[Isobar prosess|isobar]]e (konstant trykk) prosesser i Clausius–Rankine-syklusen, mens dette er [[Isotermprosess|isotermiske]] (konstant [[temperatur]]) prosesser i den teoretiske carnotprosessen. I denne syklusen benyttes en pumpe for å trykksette arbeidsmediet som er mottatt fra kondensatoren som væske og få det tilbake til dampkjelen. Pumping av arbeidsmediet i væskeform under syklusen krever en brøkdel av energien for å transportere det i forhold til den energi som er nødvendig for å komprimere arbeidsmediet i gassform i en kompressor (som i [[carnotprosess]]en).<ref>{{Harvnb|Hunter|year-1985|pp=445}}</ref>

Normalt er vann det arbeidsmediet som velges for dampmaskiner på grunn av sine gunstige egenskaper, som for eksempel at det ikke er giftig og ikke spesielt reaktivt (kjemisk sett), det er tilgjengelig i store mengder, har lav pris og gunstige termodynamiske egenskaper. Av andre arbeidsmedier som har vært forsøkt, er blant annet [[kvikksølv]], [[ammoniakk]], luft, [[kalium]], [[karbonsyre]], [[eter (kjemi)|eter]], [[karbondisulfid]] og [[kalium]]. En ulempe med flere av disse stoffene er at de er giftige ved lekkasje.<ref>{{Kilde www | forfatter= | url= | tittel= Unusual Working Fluids | besøksdato= 6. november 2018 | utgiver= Douglas Self | arkiv_url= | dato = 31. mars 2018 }}</ref>

=== Varmekilde === 
Varmen som er nødvendig for å koke vann og produsere damp kan skaffes fra forskjellige [[energikilde]]r, som oftest fra [[forbrenning]] med en passende tilførsel av luft i et lukket rom kalt ''forbrenningsrom'' eller ''fyrgang''. I tilknytning til dette er det også røykkanaler.<ref name=Dah/><ref>[[#I|Imsland: ''Skipsmaskinlære'' side 28.]]</ref> I noen tilfeller er varmekilden en [[atomreaktor]] som i et [[kjernekraftverk]], geotermisk energi, solenergi eller spillvarme fra en forbrenningsmotor eller en industriell prosess.

=== Kjeler === 
[[Fil:Water tube boiler-en.svg|mini|Prinsippskisse for en vannrørskjele. Vann kommer inn i trommelen merket «Feedwater drum», og strømmer oppover i en rekke mindre rør til trommelen merket «Steem drum». Her vil vannet sirkulere tilbake til «Feedwater drum», mens damp fyller den øvre delen av trommelen. Fuktig damp «Saturated steem» føres videre til superheteren «Superheater» hvor dampen får overført ytterligere varmeenergi. Alle deler, unntatt «Feedwater drum», er innebygget i brennkammeret, for maksimalt opptak av varme.]]

Dampkjelen er en [[trykktank]] som inneholder kokende vann, og er dermed også en slags [[varmeveksler]] som overfører varme fra forbrenningsprosessen til vannet.<ref>[[#Hills|Hills: ''Power from Steam'', side 120-140.]]</ref> De to vanligste grunnprinsipper for dampkjeler er vannrørskjele og røykrørskjele, der den første er omtalt i den historiske delen. Vannrørskjelen består av en mengde vannfylte rør som befinner seg i og over brennkammeret slik at varme avgasser strømmer langs rørenes utsider. I en røykrørskjele går derimot rørene gjennom selve dampkjelen, der avgassene fra forbrenningen strømmer gjennom dem og avgir varme til vannet på utsiden av rørene.<ref name=TD>{{ Kilde bok | forfatter = Tegnélius, D. | utgivelsesår = 1982 | tittel = Dampkjeler | isbn = 8256210761 | utgivelsessted = [Rud] | forlag = NKI | url = http://urn.nb.no/URN:NBN:no-nb_digibok_2014052006061 | side = 87–111}} </ref>

Røykrørskjeler var hovedtypen som ble brukt for tidlige dampanlegg, spesielt i damplokomotiver. Utover på slutten av 1800-tallet ble typen fortrengt av den mer effektive vannrørskjellen, spesielt for fremdrift av skip og store stasjonære anlegg som kraftverk. Etter at vannet fordamper blir dampen ført videre til en ''overheter'' som øker temperaturen ytterligere, våt damp omformes dermed til overhetet damp. Dette både øker virkningsgraden og forhindrer kondens i dampmaskinen eller turbinen.<ref>[[#Hills|Hills: ''Power from Steam'', side 248.]]</ref>

Illustrasjonen viser en vannrørskjele med diagonale rør, den såkalte ''skrårørsskjelen'', der bunter av rør går mellom den nederste og øverste ''damptrommelen''. Dampen skilles ut av vannet i den øverste damptrommelen. Vanligvis er rørene nokså mye bøyd, slik at temperaturutvidelser ikke skal skade innfestingen til tromlene. I systemet sirkulerer vannet ved naturlig sirkulasjon, fordi vannet dras ned i de vannfylte rørene (''Downcommer tube''), mens rørene med både vann og damp («Water tubes») får mindre tyngde på grunn av lav tetthet.<ref name="ReferenceB"/>

En dampkjele er utstyrt med en rekke ventiler og instrumenter, noen av dem er: Sikkerhetsventiler, som det skal være to av. Disse skal forhindre dampkjelen i å eksplodere, og av den grunn er det ofte sertifiseringsselskaper som justerer og etterpå plomberer dem. De skal åpne litt over kjelens normale arbeidstrykk. ''Fødeventilen'' er ventilen som slipper inn fødevannet når dette pumpes inn i kjelen. Den er utstyrt med en ''tilbakeslagsventil'' som skal forhindre vannet i å strømme ut av kjelen. ''Hoveddampventilen'' er den som stenger og åpner for damptilførsel til dampmaskinen. Den skal kunne fjernbetjenes for hurtig lukking i tilfelle ulykker. ''Skumventilen'' er tilknyttet en ''innvendig skumskål'' slik at skum som samler seg på vannoverflaten i kjelen kan blåses ut. Oftest er det snakk om urenheter som olje, som flyter i vannets overflate. ''Avblåsningsventilen'' brukes for å tømme dampkjelen for vann. ''Vannprøveventilen'' benyttes for vannprøver. ''[[Vannstandsglass]]'' (seglass) skal det være to av og disse brukes for å avlese nivået av vann i kjelen.<ref>[[#I|Imsland: ''Skipsmaskinlære'' side 64–68.]]</ref> Videre er kjelen utstyrt med [[termometer]] og [[manometer]].<ref>[[#I|Imsland: ''Skipsmaskinlære'' side 32–33.]]</ref> 

Moderne vannrørskjeler kan ha trykk på 100&nbsp;bar, damptemperatur på 500&nbsp;°C og virkningsgrad på rundt 90 %. Dampkjeler konstrueres for forbrenning av kull, olje og forskjellige typer brennbart avfall fra for eksempel skogbruk og annen industri. Konstruksjonen avhenger mye av typen brensel.<ref name=TD/>

=== Kondensatoren ===
[[Fil:Steam condenser of marine steam engine in Deutsches Museum.jpg|mini|[[Kondensator (varmeoverføring)|Kondensatoren]] for en dampmaskin (rett bak kondensatoren) med kjølerørene vist åpne (nærmest). Dampen fra dampmaskinen kommer ut det store røret og forgrenes i to rør som kommer inn på kondensatorens topp. Typen kalles [[overflatekondensator]]. {{byline|Olivier Cleynen}}]]

Etter å ha gjort nytte i dampmaskinen ledes dampen inn i kondensatoren, hvor den kondenserer til vann. Som med alle varmekraftmaskiner vil mesteparten av den tilførte primærenergi avgis som [[spillvarme]] ved forholdsvis lav temperatur. Som et eksempel vil gjerne den varmeenergien som tas ut av kondensatoren til en dampturbin på et skip være det dobbelte av den mekaniske energien som omsettes i turbinen selv.<ref>[[#I|Imsland: ''Skipsmaskinlære'' side 265.]]</ref> Den enkleste måten å kvitte seg med den brukte dampen på, er å slippe den ut i luften. Dette er det vanligste for damplokomotiver, som slipper dampen opp gjennom skorsteinen, med stort energitap som konsekvens. Imidlertid har dette en spesiell hensikt, nemlig å lage et sug i skorsteinen, slik at røykgassen fra forbrenningen suges gjennom røykrørene gjennom dampkjelen. Slik skapes trekk i ildkassen, noe som igjen øker ytelsen, men altså reduserer virkningsgraden.<ref name=TD/>

Kondensatoren for en dampmaskin opererer typisk med et trykk på 0,1 [[atm]], altså et trykk under atmosfærens trykk. Til sammenligning vil en dampmaskin uten kondensator ha et trykk i sylinderen under utstrømningen på rundt 1,2 atm. Med kondensatoren vil med andre ord dampen suges ut av sylinderen.<ref>{{ Kilde bok | forfatter = Waack, Erling | utgivelsesår = 1947 | tittel = Dampmaskinlære: til bruk ved Oslo tekniske skole | utgivelsessted = Oslo | forlag = Comercio | url = http://urn.nb.no/URN:NBN:no-nb_digibok_2012050908237 | side = 24}}</ref>

Den mest brukte kondensatoren for dampmaskiner (og turbiner) er den såkalte ''[[overflatekondensator]]en''. Denne bruker store vannmengder for å kondensere dampen. Kjølevannet tas fra hav, elver eller innsjøer. Det kondenserte varmtvannet fra kondensatoren blir pumpet tilbake til kjelen under høyt trykk.<ref>{{Kilde bok | forfatter= P K Nag | tittel= Power Plant Engineering | artikkel=  | utgave= 3 | utgivelsesår= 2008 | forlag= Tata McGraw-Hill | isbn= 978-0-07-064815-9 | url= https://ppecaddmark.files.wordpress.com/2016/02/power-plant-engineering-pk-nag.pdf | side= 562 – 574 | besøksdato= 2021-02-01 | arkiv-dato= 2018-10-07 | arkiv-url= https://web.archive.org/web/20181007223553/https://ppecaddmark.files.wordpress.com/2016/02/power-plant-engineering-pk-nag.pdf | url-status=død }}</ref><ref name=I125134>[[#I|Imsland: ''Skipsmaskinlære'' side 125–134.]]</ref>

I overflatekondensatoren blir ønsket undertrykk ved oppstart av anlegget skapt av en ekstern vakuumpumpe. [[Vakuum]] vil oppstå av seg selv når driften kommer i gang, på grunn av den store forskjellen i spesifikt volum mellom damp og kondensatet (den kondenserte dampen kalles kondensat). Når anlegget kommer i drift, er vakuumpumpens oppgave å fjerne luft og eventuelt andre gasser som ikke vil kondensere. Som vakuumpumpe anvendes gjerne en ''[[Ejektor (pumpe)|ejektor]]''. Tidligere var det vanlig at en anvendte en såkalt ''våtluftpumpe'', en type stempelpumpe som suger ut luft og kondensatvann samtidig. Senere ble det vanligste at vann og luft suges ut av egne pumper for hver av oppgavene, altså at det anvendes en separat vannpumpe og vakuumpumpe.<ref>{{ Kilde bok | forfatter = Ranøyen, Hermann | utgivelsesår = 1967 | tittel = Inndampningsteknikk | utgivelsessted = Oslo | forlag = Universitetsforl. | url = http://urn.nb.no/URN:NBN:no-nb_digibok_2007053104018 | side = 33 – 35}} </ref><ref name=I125134/>

=== Forvarmere ===
Det anvendes forskjellige typer forvarmere for å utnytte spillvarme i røykgassen fra kjelen for å tilbakeføre varme der det er mulig. Blant annet brukes en forvarmer som varmer opp luften som brukes til forbrenningen i dampkjelens brennkammer. En type er en [[Varmeveksler|rørvarmeveksler]] der røykgassen fra kjelen ledes gjennom en rekke rør før den slippes ut gjennom skorsteinen. Friskluft ledes på utsiden av rørene og varmen fra røyken overføres gjennom rørene. En annen type varmeveksler brukes for å utnytte røykgassen til å forvarme fødevannet før det pumpes inn i dampkjelen. Den kan bestå av en mengde rør som overfører røykens varme til vannet, slik at det får en temperatur over 100&nbsp;°C før det ledes inn i dampkjelen.<ref>[[#I|Imsland: ''Skipsmaskinlære'' side 70–75.]]</ref>

=== Eksosturbin ===
Restenergi i dampen ut fra dampmaskinen har det vært laget systemer for å utnytte til mekanisk arbeid. Blant annet via ''eksosturbinen'', også kalt ''avdampturbin''. Dette er en ''flertrinns reaksjonsturbin'' som plasseres mellom dampmaskinen og kondensatoren. Via et gir driver turbinen rundt samme aksling som dampmaskinen selv. En fabrikant av denne eksosturbinen var Bauer-Wach.<ref>[[#I|Imsland: ''Skipsmaskinlære'' side 265.]]</ref> Med denne kan det spares 20 % damp for en gitt effekt, eller for et gitt dampforbruk vinnes 30 % større effekt.<ref>[[#I|Imsland: ''Skipsmaskinlære'' side 266.]]</ref>

=== Vannpumpe === 
[[Fil:Boiler Feed Injector Diagram.svg|mini|En [[injektor]] benytter en stråle av damp for å tvinge vann inn i dampkjelen. Prinsippet er ineffektivt, men enkelt nok til å være egnet for bruk på lokomotiver.]]

I dampsystemet er det en vannpumpe for å fylle nytt vann, kalt ''fødevann,'' på kjelen. Vanligvis anvendes en flertrinns [[sentrifugalpumpe]], men andre typer forekommer også, som for eksempel en stempelpumpe.<ref>[[#I|Imsland: ''Skipsmaskinlære'' side 253.]]</ref>

Et annen metode for å fylle vann på kjeler med lavere trykk, er med ejektor. I denne benyttes en dampstråle som både skaper et sug som drar med seg vannet, samt trykk som er stort nok til å presse vannet inn i kjelen, se figur. For å skape dampstrålen tappes det damp fra dampkjelen. Ejektoren fikk stor utbredelse i 1850-årene og utover, men er ikke mye brukt i nyere tid, bortsett fra i damplokomotiver.<ref>{{Harvnb|Hunter|1985|pp=341–343}}</ref>

=== Måling og kontroll === 
[[Fil:Indikator Dampfmaschine.jpg|mini|Instrument for å avlese en stempelmaskins forhold mellom stempelposisjon og trykk, et såkalt ''indikatordiagram''.]]

Et mye brukt instrument for å analysere ytelsen til dampmaskiner, er ''dampmaskin-indikatoren''. Tidlige versjoner var i bruk rundt 1851,<ref name="Hunter 1991">{{cite book|title=A History of Industrial Power in the United States, 1730–1930, Vol. 3: The Transmission of Power |last=Hunter |first= Louis C.|authorlink=|author2=Bryant, Lynwood |year=1991 |publisher =MIT Press|location= Cambridge, Massachusetts, London
|isbn=0-262-08198-9 |page=123|postscript = <'The Steam Engine Indicator' Stillman, Paul (1851)>}}</ref> men den mest vellykkede indikatoren ble utviklet av oppfinneren Charles Richard og utstilt på [[Verdensutstillingen i London (1862)|verdensutstillingen i London]] i 1862.<ref name="Thomson 2009" /> Dampmaskinindikatoren avsetter en strek på et papir som viser trykket i sylinderen gjennom hele syklusen. Dette kan så brukes til å oppdage ulike problemer og beregne ytelsen, se bilde som viser dette.<ref>{{cite web | last1 = Walter | first1 = John | authorlink1 =  | title = The Engine Indicator | year = 2008 | url = http://www.archivingindustry.com/Indicator/chapterzero.pdf | pages = xxv-xxvi | postscript = <!--None--> | url-status = dead | archiveurl = https://web.archive.org/web/20120310071206/http://www.archivingindustry.com/Indicator/chapterzero.pdf | archivedate = 2012-03-10 | tittel = Arkivert kopi | besøksdato = 2011-10-20 | arkivurl = https://web.archive.org/web/20120310071206/http://www.archivingindustry.com/Indicator/chapterzero.pdf | arkivdato = 2012-03-10 | url-status=død }} {{Kilde www |url=http://www.archivingindustry.com/Indicator/chapterzero.pdf |tittel=Arkivert kopi |besøksdato=2017-02-19 |arkiv-dato=2012-03-10 |arkiv-url=https://web.archive.org/web/20120310071206/http://www.archivingindustry.com/Indicator/chapterzero.pdf |url-status=yes }}</ref>

== Virkningsgrad == 
En varmekraftmaskins virkningsgrad kan beregnes ved å dividere energiproduksjonen i form av mekanisk arbeid som den produserer med energitilførselen i form av drivstoffet.<ref>{{snl|virkningsgrad|Virkningsgrad}}</ref>

Ingen varmekraftmaskin kan være mer effektiv enn det carnoprosessen beskriver: Varme blir beveget fra et nivå med høy temperatur til et nivå med en lavere temperatur, og virkningsgraden  er avhengig av denne temperaturforskjellen. For størst mulig virkningsgrad bør dampmaskiner drives ved høyest mulig damptemperatur, noe som kan oppnås med overhetet damp, samt at overskuddsvarme frigjøres ved lavest mulig temperatur.<ref name=Dah>{{ Kilde bok | forfatter = Dahlvig, Gunnar | utgivelsesår = 1979 | tittel = Kraftteknikk | isbn = 8200262596 | utgivelsessted = [Oslo] | forlag = Universitetsforl. | url = http://urn.nb.no/URN:NBN:no-nb_digibok_2013080106052 | side = 115–119}}</ref><ref>{{snl|Carnots kretsprosess|Carnots kretsprosess}}</ref>

En av de viktigste fordelene som Clausius–Rankine-syklusen har i forhold til andre sykluser, er at ved tilbakeføringen av vannet til dampkjelen kreves forholdsvis lite energi for å drive pumpen til dampkjelen. Grunnen er at arbeidsmediet er i flytende form ved dette trinnet, slik at pumping er enkelt.<ref>{{Kilde bok | forfatter= Borgnakke, Claus og Sonntag, Richard E. | tittel= Fundamentals Of Thermodynamics 7th Edition | artikkel= | utgivelsesår= 2009 | forlag= Willey | isbn= 978-0-470-04192-5 | url= https://archive.org/details/FundamentalsOfThermodynamics7thEdition/page/n3 | side =425 }}</ref> Ved kondensering av vannet er arbeidet som kreves av pumpen meget lite sammenlignet med turbinens effekt.<ref>{{Kilde bok | forfatter= Moran, Michael j., Sapiro, Howard N., Boettner, Howard N. og Bailey, Margaret B. | tittel=Fundamentals of engineering thermodynamics, Seventh edition | artikkel= | utgivelsesår= 2011 | forlag= Wiley | isbn= 978-0470-49590-2 | url= https://drive.google.com/file/d/0B8Qawgh7liu1RlBEVWNYSDZfU2M/view }} | side = 473 </ref>

Historisk har virkningsgraden til dampmaskinen utviklet seg fra rundt 1 % og opp til 10 %. For eksempel har virknignsgraden for damplokomotiver ligget i dette intervallet.<ref>{{Kilde www | forfatter= Lovland, Jorgen | url= http://folk.ntnu.no/haugwarb/TKP4175/History/history_of_steam_power.pdf | tittel= A history of steam power | besøksdato= 1. november 2018 | utgiver= NTNU - Department of Chemical Engineering | arkiv_url= | dato = }}</ref> Et system med kondensator, flere ekspansjonsstrinn, høyt damptrykk og temperatur, kan få virkningsgraden sterkt forbedret, historisk sett opp mot 20 %, men test av nye konsepter etter år 2000 har demonstrert virkningsgrad rundt 30 %.<ref>{{Kilde www | forfatter= Crank, James D. | url= http://nnhpe.spbstu.ru/wp-content/uploads/2015/02/11_l.35-37-Ustroystvo.pdf | tittel= THE MODERN STEAM ENGINE | besøksdato= 1. november 2018 | utgiver= Cyclone Technologies | arkiv_url= https://web.archive.org/web/20181222233738/http://nnhpe.spbstu.ru/wp-content/uploads/2015/02/11_l.35-37-Ustroystvo.pdf | dato= 2011 | arkiv-dato= 2018-12-22 | url-status=død }}</ref><ref>{{Kilde www | forfatter= Platell, Peter | url= https://www.energycentral.com/c/sc/novel-high-performance-steam-engines-better-solution-fc-and-ice | tittel= Novel high performance steam engines - a better solution than FC and ICE?| besøksdato= 1. november 2018 | utgiver= Energy Central | arkiv_url= | dato = 17. februar 2005}}</ref>

Til sammenligning kan moderne store varmekraftverk ha en virkningsgrad på rundt 45 %.<ref>{{cite web|url=https://www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=107&t=3 |title=What is the efficiency of different types of power plants? |publisher =eia |accessdate=1. november 2018| date= 23. mai 2018}}</ref> Noen ganger kan den brukte dampen fra turbinen, altså spillvarmen, være nyttig i seg selv, og i slike tilfeller kan det oppnås meget høy total virkningsgrad. Et eksempel er såkalte ''[[kogenerasjon]]systemer,'' der overskuddsvarme benyttes til [[fjernvarme]] til oppvarmingsformål. Dette får den totale energiutnyttelsen til å overstige 90 %.<ref>{{cite web|url=https://ec.europa.eu/energy/en/topics/energy-efficiency/cogeneration-heat-and-power |title=Cogeneration of heat and power |publisher=European Commission |date= |accessdate= 28. oktober 2018 |archiveurl= |archivedate= }}</ref> Denne typen kraftverk kalles [[kraftvarmeverk]].

== Fornyet interesse for dampmaskiner ==
Utviklingen av elektrisitetsforsyningen har siden begynnelsen av 1900-tallet gått i retning av sentraliserte og store kraftverk.<ref name=NMAH>{{Kilde www | forfatter= | url= http://americanhistory.si.edu/powering/generate/gnmain.htm | tittel= Generating Electrons | besøksdato= 29. oktober 2018 | utgiver= National Museum of American History | arkiv_url= | dato = }}</ref> Dampturbinen tok over etter stempeldampmaskinen som den «moderne dampmaskin». Årsaker til dette er at den bruker lite damp, krever liten plass, er billigere og at teknologiske fremskritt generelt har vært til dens fordel.<ref>[[#U|Ulvås: ''Maskinlære '' side 186.]]</ref> I samband med store kraftstasjoner har et omfattende kraftsystem for transmisjon av elektrisk energi over store avstander blitt bygget ut slik at storskalafordeler kan utnyttes. Siden slutten av 1900-tallet har en stilt spørsmål om dette er den optimale utviklingen, når det gjelder utnyttelse av mindre og lokale energikilder. Et konsept kjent som distribuert kraftproduksjon, skal bøte på dette ved at små kraftprodusenter legges nær sluttbrukeren.<ref name=NMAH/>

Etter 2000 har det vært en viss interesse for å utvikle små og store dampmaskiner for flere bruksområder.<ref name=GRL/> Bruk av dampmaskiner kan ha fordeler innenfor småskala lokal kraftproduksjon der avfall fra skogbruk som ved, sagflis, avkapp, eller papir, ugress, strå, nøtteskall og lignende brukes som energikilde. Fordeler med dette er at forbrenning i en dampkjel, altså ekstern forbrenning, gir kontrollerte forhold og at kravene til kvaliteten på drivstoffet (avfall) er små.<ref>{{Kilde www | forfatter=  | url= http://www.uniflowpower.com/technology/why-steam.aspx | tittel= Why a steam engine? | besøksdato= 29. oktober 2018 | utgiver= Uniflow Power Ltd | arkiv_url= https://web.archive.org/web/20181010002046/http://www.uniflowpower.com/technology/why-steam.aspx | dato= 2016 | arkivdato= 2018-10-10 | url-status = død }}</ref> Andre bruksområder kan være biler og andre mobile enheter, og noen kommersielle bedrifter har utviklet systemer for dette.<ref name=GRL>{{Kilde bok | forfatter= Grip, Rasmus Löfstrand | tittel= Licentiate thesis: A mechanical model of an axial piston machine | artikkel= | utgivelsesår= 2009  | forlag= Department of Machine Design Royal Institute of Technology | isbn= 978-91-7415-408-5 | url= http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:233028/fulltext02.pdf | side = 1–14}}</ref><ref>{{Kilde www | forfatter= Smith, Meghan E. | url= https://auto.howstuffworks.com/fuel-efficiency/alternative-fuels/steam-powered-car1.htm | tittel= Is there a future for steam-powered, super-efficient cars? | besøksdato= 1. november 2018 | utgiver=HowStuffWorks | arkiv_url= | dato = }}</ref>

[[Fil:Axialkolbenpumpe - einfache Animation.gif|mini|Animasjon som viser en aksial stempelmaskin. Fordeler med dette konseptet sammenlignet med tradisjonelle stempelmaskiner, er blant annet kompakt utforming og høyt moment ved lave hastigheter.]]

Årsaker til at en ekstern forbrenning, som i en dampkjel, har fordeler fremfor en forbrenningsmotor, er at problemer med [[motorbank]]ing og smøring kan elimineres. En annen fordel er at forbrenning kan skje ved relativt lave temperaturer. Dette gir igjen fordelen av at lite av luftens nitrogen blir oksidert i forbrenningsprosessen.<ref name=PP>{{Kilde www | forfatter= Peter Platell  | url= http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.615.761&rep=rep1&type=pdf | tittel=1st European Conference on Polygeneration – Novel steam engine for multi primary energy resources | besøksdato=29. oktober 2018 | utgiver= RENATOR | arkiv_url= | dato = }}</ref> Dermed kan en redusere eller eliminere giftige gasser som [[nitrogenoksid]] (NO<sub>x</sub>), samt at det blir små partikkelutslipp.<ref name=MSE>{{Kilde www | forfatter= Rasmus Löfstrand Grip | url= https://www.kth.se/2.4722/forskning/system-och-komponentdesign/projekt/avslutade-projekt/modern-steam-engines-1.18766 | tittel= Modern steam engines | besøksdato= 29. oktober 2018 | utgiver= Institutionen för Maskinkonstruktion, Skolan för industriell teknik och management, KTH | arkiv_url= https://web.archive.org/web/20181030035402/https://www.kth.se/2.4722/forskning/system-och-komponentdesign/projekt/avslutade-projekt/modern-steam-engines-1.18766 | dato= 15. mars 2018 | arkiv-dato= 2018-10-30 | url-status=død }}</ref><ref name=GRL/> Bruk av varmeenergi ved lave temperaturer gjør at slike maskiner kan egne seg til å bruke damp fra solvarmeanlegg.<ref name=PP/>

Dampturbiner konstrueres for å gi meget stor rotasjonshastighet for å få optimal virkningsgrad. Om en slik maskin skal konstrueres for lav ytelse, vil det bety svært høy rotasjonshastighet, og om bruken krever lavere hastighet er det nødvendig med [[gir]], noe som ikke trengs for en dampmaskin.<ref name=MSE/> Dermed kan stempeldampmaskiner ha fordeler der en liten maskin trengs. Stempelmaskiner har på den annen side generelt større mekaniske tap enn turbiner. Dette skyldes friksjon i stempelringene, veivakslingens lagre, kamakslingene og ventilene, samt andre deler. Imidlertid har en dampmaskin betydelig lavere relative mekaniske tap enn en sammenlignbar (samme ytelse) stempeldrevet forbrenningsmotor. Dette skyldes høyere utnyttelse av det mekaniske arbeidet, på grunn av høyere gjennomsnittlig sylindertrykk ved fullast. Dessuten avgir dampmaskinen lite støy.<ref name=GRL/>

Et forskningsprosjekt ved [[KTH]] har sett på mulighetene for å utvikle det som kalles for en «moderne dampmaskin». Prosjektet har sitt opphav i et prosjekt som [[SAAB]] satte i gang på slutten av 1960-årene. I forhold til en tradisjonell stempelmotor gir en dampmaskin (stempelmaskin) muligheter for høy virkningsgrad ved varierende belastning av maskinen.  Prosjektet har fokusert på å konstruere en aksial stempelmaskin som skal være uten oljesmøring, se animasjon.<ref name=MSE/>

== Se også == 
* [[Bensinmotor]]
* [[Dieselmotor]]
* [[Stirlingmotor]]

== Noter ==
{{løpenummer|lower-alpha}}
<references group="lower-alpha"/>

== Referanser == 
<references />

== Litteratur ==
*{{ Kilde bok | forfatter = Wetting, Olav | utgivelsesår = 1972 | tittel = Ilden, hjulet og mennesket: dampmaskinen og den tekniske revolusjon | isbn = 8207015853 | utgivelsessted = Oslo | forlag = Fabritius | url = http://urn.nb.no/URN:NBN:no-nb_digibok_2012012008208}} 
* {{ Kilde bok | forfatter = Watzinger, A. | utgivelsesår = 1943 | tittel = Dampkjeler | utgivelsessted = Trondheim | forlag = F.Bruns bokhandels forl. | url = http://urn.nb.no/URN:NBN:no-nb_digibok_2010120706020}} 
* {{ Kilde bok | forfatter = Imsland, Jacob | utgivelsesår = 1966 | tittel = Skipsmaskinlære | utgivelsessted = Oslo | forlag = Norsk korrespondanseskole | url = http://urn.nb.no/URN:NBN:no-nb_digibok_2011022205034 }} 
* {{ Kilde bok | forfatter = Ulvås, Curt | utgivelsesår = 1966 | tittel = Maskinlære | isbn = 8200243346 | utgivelsessted = Oslo | forlag = Universitetsforl. | url = http://urn.nb.no/URN:NBN:no-nb_digibok_2007052104080 }}
* {{ Kilde bok | utgivelsesår = 1954 | tittel = Damplokomotiver: Lærebok for lokomotivpersonalet ved Norges statsbaner  | utgivelsessted = [Oslo] | forlag = Arbeidernes aktietrykkeri | url = http://urn.nb.no/URN:NBN:no-nb_digibok_2011120208169 | side = }}
* {{cite book|last=Crump|first=Thomas|title=A Brief History of the Age of Steam: From the First Engine to the Boats and Railways|url=https://archive.org/details/briefhistoryofag0000crum|year=2007|ref=harv}}
* {{cite book|last=Hills|first=Richard L.|title=Power from Steam: A history of the stationary steam engine|url=https://archive.org/details/powerfromsteamhi0000hill|publisher=Cambridge University Press |location=Cambridge |year=1989 |ref=harv |isbn=0 521 34356 9}}
* {{cite book |title=A History of Industrial Power in the United States, 1730–1930, Vol. 2: Steam  Power |last1=Hunter |first1= Louis C.|year=1985 |ref=harv| publisher =University Press of Virginia|location= Charolttesville}}
* {{cite book|last=Marsden|first=Ben|title=Watt's Perfect Engine: Steam and the Age of Invention|year=2004|publisher=Columbia University Press|ref=harv}}
* Robinson, Eric H. [http://www.jstor.org/stable/2116960 "The Early Diffusion of Steam Power"] ''Journal of Economic History'' Vol. 34, No. 1, (March 1974), pp.&nbsp;91–107
* Rose, Joshua. ''Modern Steam Engines'' (1887, reprint 2003)
* Stuart, Robert, [https://books.google.com/books?id=J_sJAAAAIAAJ&printsec=frontcover ''A Descriptive History of the Steam Engine''] (London: J. Knight and H. Lacey, 1824.)
* Van Riemsdijk, J. T. ''Pictorial History of Steam Power'' (1980).

== Eksterne lenker ==
{{Commons category|Steam engines}}
{{wikiquote}}
{{Wiktionary}}
* [https://www.youtube.com/watch?v=wZZF07T955s&feature=youtu.be&ab_channel=AllisonHoangThi Newcomen Steam Engine], video på YouTube
* [https://www.youtube.com/watch?v=9gWV9gLuslw The Steam Engine ~ James Watt], video på YouTube
* [https://www.youtube.com/watch?v=ptDFqY-0Do8&ab_channel=Hoeishetmogelijk The Engines of the Titanic], video på YouTube

{{Autoritetsdata}}
[[Kategori:den industrielle revolusjon]]
[[Kategori:Motorer]]
[[Kategori:Termodynamikk]]
[[Kategori:1000 artikler enhver Wikipedia bør ha]]
[[Kategori:Energiomforming]]
{{utmerket}}