6.5 高压蒸汽机
到19世纪初，分离冷凝器的使用才向所有的人开放。在应用高压蒸汽方面，由于特里维西克带头，才使复合式蒸汽机明确地作为实际的目标进入人们的视野。这一类蒸汽机中所使用的蒸汽可以有更大范围的膨胀而不违反瓦特的原理，即工作汽缸承受的温度范围要尽可能地小，同时也使得作用在曲柄轴上的力矩更为均匀。
在新的条件下，首先开拓复合式蒸汽机的是伍尔夫（Arthur Woolf，1776—1837），一位曾在康沃尔的矿山工作过的多面手工程师。1803年，他为这一类蒸汽机申请了专利，并在他当时工作的伦敦默克斯（Meux）的酿造厂中的一台瓦特蒸汽机上，增加一只高压汽缸来对原理进行实验。结果并不理想，他原以为处于n磅压力下的蒸汽可以膨胀到它原体积的n倍，而不致其压力降低到低于大气压力［11］，但他所造的高压汽缸实在太小了，因此蒸汽机无法给出所需要的功率。尽管如此，他为了发展自己的设想离开了酿造厂，与在兰贝斯拥有一家工场的水车技师爱德华兹（Humphrey Edwards）合伙，终于及时搞出了满意的标准化设计。这是一台有两只并排设置的汽缸的杠杆蒸汽机，两根活塞杆被连接到作平行运动的同一根枢轴上。1811年对他们的一台复合式蒸汽机所作的测试表明，与一台简单的瓦特蒸汽机相比大约能节约50%的燃料。就在同年他们之间的合作结束，伍尔夫回到了康沃尔，数年以后爱德华兹去了法国，在那里他建造了约100台兰贝斯蒸汽机。1815年他获得了法国的蒸汽机专利，与一家法国公司合伙在法国建立了一家重要的蒸汽机制造企业，并在那里一直待到去世。后来其他公司取得了伍尔夫蒸汽机的制造权，这种蒸汽机一直在法国制造到1870年前后。
伍尔夫回到康沃尔是受到那里的蒸汽机性能下降的报告的影响，因为博尔顿和瓦特已不再拥有他们以前拥有的经济利益。在1800年，每蒲式耳煤所获得的能率约为3000万英尺磅，而在1811年12月，人们发现12台蒸汽机的平均能率仅为1700万英尺磅。伍尔夫预见到了他的复合式蒸汽机在这里会很有前景，在1814年建造了一台工作时蒸汽压力为40磅并有8倍或9倍膨胀率的蒸汽机，另一台在1815年建成。这两台蒸汽机的表现均非常完美，但是他在康沃尔却没有自己的活动领域。因为到1812年，特里维西克由于伦敦的一些企业失败而破产，回到康沃尔决心挽救自己的命运，已经把他的蒸汽机专利中最后的权益出售出去，但是他对高压蒸汽的信心还像以前一样。特里维西克在康沃尔最初的功绩之一，是在1812年建造抽水用的高压“康沃尔”杠杆式蒸汽机，从非凡的效率和微不足道的维护成本来看，它在供水系统中用于抽水的长盛不衰的地位一直保持到19世纪结束。它由一台特里维西克的有着26英尺长的内焰管的“康沃尔”锅炉供应压力为40磅的蒸汽，这一锅炉设计几乎一成不变地现在仍用于小型工业能率的场合。
除了很高的蒸汽压强和膨胀做功以外，特里维西克的蒸汽机的蒸汽循环与瓦特的蒸汽机类似（边码184），汽缸为单作用式，直径为24英寸，冲程为6英尺。它不用汽缸套，而用稻草和灰浆隔热。当活塞在最高点时，蒸汽会从活塞上面进入并迫使它下降，从而使杠杆另一端的泵杆升起，活塞的下侧向冷凝器开启。进入的蒸汽早在冲程的1/9处就被截止，余下的冲程由蒸汽的膨胀来完成。在一定间歇之后让泵筒中充满水，一只平衡阀被打开，使活塞两边的压力平衡，从而使活塞借助于泵柱塞和泵杆的重量被重新提升到汽缸的顶部。间歇时间的长短由一个“水力冲程调节器”调节，其中给定重量的水从一个可调节量孔中逸出，所需的时间决定了阀门打开的时刻。
然而，特里维西克并没有将自己局限于泵蒸汽机。在不同的领域里，他制造了很多用于打谷、磨粉及其他农业用途的自备式蒸汽机。其中之一于1812年被采用，一直使用到1879年，至今仍然保存完好（图版10B）。
特里维西克显然没有意识到他的“康沃尔”泵蒸汽机会很快成为一种无可匹敌的机型，几乎在同时设计制造了一台所谓的柱塞杆蒸汽机用于抽水。这台柱塞杆蒸汽机的柱塞杆只不过是一只铁制的柱塞，直径为16英寸，冲程为8.5英尺，用以代替通常的活塞。它是通过汽缸顶部的填料盒工作的，因此具有不需要精确镗制汽缸的优点。汽缸置于穿过半圆轴顶部的支座上，在柱塞的顶部是一只在导轨中滑动的十字头，从这只十字头边杆下接汽缸下面的另一只十字头，而泵杆就挂在它上面。用了这一装置，蒸汽机就不再需要任何往复式杠杆了。
这一蒸汽机是单作用式的，柱塞由蒸汽压力提升，并通过它自己的重量以及泵杆的重量下降。为冷凝器设置的空气泵是由一回转轮机构操作的，使用的蒸汽压力为100磅并在冲程的1/3处截止，运动部件的惯性帮助膨胀的蒸汽完成整个冲程。特里维西克在1813年写道，它“用1蒲式耳煤可以把4000万磅重物提升1英尺高，比整个郡的任何其他蒸汽机所能达到的能率几乎高出一倍”。1815年，他的柱塞杆蒸汽机取得了专利，同时按照同一原理建造了另外几台。此外，他还把已在使用的许多台瓦特蒸汽机组合起来，用高压蒸汽进行工作。这是首次把柱塞杆汽缸附加到这种蒸汽机中去，也从实质上增加了蒸汽机的功率和效率。(https://www.daowen.com)
柱塞杆蒸汽机的设计可能在1815年建造的一台蒸汽机上达到了顶点。它工作的蒸汽压力是120磅，有一只直径为33英寸的柱塞在做10英尺的冲程。因为谣言的缘故，特里维西克于1816年约请独立工程师对它进行测试，他们的报告称它的能率为每蒲式耳煤4800万英尺磅，但毫无疑问地认为当到达矿井的底部时，可以达到的能率会超过6000万英尺磅。他们发现在操作时蒸汽压强为100—120磅/平方英寸，平均为每分钟9.25个10英尺冲程，在冲程的1/6处蒸汽截止，当非冷凝时能率为2800万英尺磅。
特里维西克的柱塞杆蒸汽机的专利也包括一种高压非冷凝反冲式涡轮，它是根据希罗（Hero）的汽转球（边码168）原理工作的，只是不要求锅炉转动。在1815年，他建造了这样一台称之为旋涡蒸汽机的机器。这种蒸汽机主要是由一根空心轴构成的，100磅压力的蒸汽通过它被输送到一对装在轴的一端的空心转臂的内部。每一转臂有7英尺6英寸长，在它的末端附近有一个通气口，蒸汽从通气口沿切线方向逃逸到大气中去，通过产生的反作用力驱动机器。这一蒸汽机的功率是通过装在空心轴滑轮上的皮带输出的，由于轴的转速不能超过每分钟250转，限定了喷嘴速度约为200英尺/秒，因此效率很低。虽然如此，特里维西克对于此类机器仍情有独钟，主要是因为它的重量很轻，但是他也没有再进一步去开发它。
有一个因素帮助特里维西克和伍尔夫改进了瓦特的蒸汽机，那就是康沃尔的矿主们从1811年开始出版一份关于其蒸汽机性能的定期报告，以鼓励竞争并提高蒸汽机效率。在第一份报告中，被测试的12台蒸汽机的平均能率为每蒲式耳煤不超过1700万英尺磅。到1816年，35台蒸汽机的平均能率已增加到2300万英尺磅，而到了1826年，51台蒸汽机的平均能率达到了3050万英尺磅。能率的提高除应归功于蒸汽机的更新和改进以外，还应归功于被激发起来的竞争精神。到1844年，康沃尔的蒸汽机的平均能率据说已达到6800万英尺磅［12］，而在个别案例中甚至有更高数值的报道。纪录据说是由建造在福伊·康索尔斯矿的汽缸直径达80英寸、冲程为10英尺的蒸汽机创造的，其能率为每95蒲式耳煤1.25亿万英尺磅，这是在1835年公布的。由于这一数值确切地说几乎相当于1.5磅煤每马力小时，这是很难令人相信的。
特里维西克的柱塞杆蒸汽机和伍尔夫的复合式杠杆蒸汽机都没能维持长久。前者的柱塞很难保持蒸汽密封，而且反复暴露在大气中进行的冷却也是更大的缺点。伍尔夫在1824年以后就不再建造他的复合式蒸汽机，虽然其效率很高，但是更高的成本和复杂性使得它无法与特里维西克的高压康沃尔蒸汽机竞争，后一种蒸汽机在不存在激烈竞争的情况下占领着重型抽水工程领域，直到接近19世纪末期。
对于重型工业来说，例如在操作机械的工厂和磨坊中，旋转式杠杆蒸汽机的设计很多年里一直独领风骚，几乎还是瓦特遗留下来的那种形式。唯一的重大改进是1845年由兰开夏郡贝里的麦克诺特完成的，增加了一台小型的短冲程高压汽缸，将其复合到蒸汽机中去，小汽缸有它自己的平行四边形运动，作用到杠杆上处于蒸汽机中心与驱动连杆末端间一半的部位（图110）。许多已有的瓦特蒸汽机就这样被改造成用高压蒸汽来操作，而对于新的蒸汽机来说，包含一只使用压强在120—150磅/平方英寸的蒸汽的“麦克诺特”汽缸被采纳为标准型。
