Garo varikliai yra mechanizmai, kurie naudoja šilumą garui sukurti, kuris savo ruožtu atlieka mechaninius procesus, paprastai žinomus kaip darbas. Nors keli išradėjai ir novatoriai dirbo prie įvairių aspektų, susijusių su garo naudojimu energijai, pagrindinis ankstyvųjų garų variklių tobulinimas apima tris išradėjus ir tris pagrindinius variklių dizainus.
Tomas Savery ir pirmasis garų siurblys
Pirmąjį darbui naudotą garų variklį užpatentavo anglas Tomas Savery 1698 m. ir buvo naudojamas siurbti vandenį iš minų šachtų. Pagrindinis procesas buvo cilindras, kuris buvo užpildytas vandeniu. Tada garas buvo tiekiamas į cilindrą, išstumdamas vandenį, kuris tekėjo per vienpusį vožtuvą. Išleidus visą vandenį, balionas buvo apipurškiamas vėsiu vandeniu, kad sumažėtų cilindro temperatūra ir kondensuotųsi garai jo viduje. Tai sukūrė vakuumą cilindro viduje, kuris išpylė papildomą vandenį, kad užpildytų cilindrą ir užpiltų siurblio ciklą.
Thomaso Newcomeno stūmoklinis siurblys
Kitas anglas, Tomas Newcomenas
, patobulintas „Slavery“ siurblyje su dizainu, kurį jis sukūrė apie 1712 m. „Newcomen“ variklyje cilindro viduje buvo stūmoklis. Stūmoklio viršus buvo sujungtas su vienu pasukamojo sijos galu. Prie kito sijos galo buvo prijungtas siurblio mechanizmas, kad vanduo būtų imamas, kai sija pakreipiama aukštyn ant siurblio galo. Į stūmoklio cilindrą buvo tiekiamas garas. Tuo pat metu priešpriešinis svoris traukė siją žemyn ant siurblio galo, dėl ko stūmoklis pakilo į garų cilindro viršutinę dalį. Kai cilindras buvo pilnas garo, baliono viduje buvo purškiamas vėsus vanduo, kuris greitai kondensuodavo garą ir sukurdavo vakuumą cilindro viduje. Dėl šios priežasties stūmoklis nukrito, svirtis judėjo žemyn ant stūmoklio galo ir aukštyn ant siurblio galo. Tada ciklas kartojamas automatiškai, kol į cilindrą buvo įpilamas garas.„Newcomen“ stūmoklinis dizainas efektyviai atskyrė išpumpuojamą vandenį nuo cilindro, naudojamo siurbimo galiai. Tai žymiai pagerino originalios „Slavery“ konstrukcijos efektyvumą. Tačiau kadangi Savery turėjo platų savo paties garų siurblio patentą, „Newcomen“ turėjo bendradarbiauti su Savery, kad patentuotų stūmoklinį siurblį.
Džeimso Watto patobulinimai
Škotas Jamesas Wattas antroje pusėje žymiai patobulino ir išplėtė garo variklį 18-ojo amžiaus, paversdamas tai tikrai perspektyvia mašina, padėjusia pradėti Pramonės revoliucija. Pirmoji svarbi „Watt“ naujovė buvo įtraukti atskirą kondensatorių, kad garai nereikėtų aušinti tame pačiame cilindre, kuriame buvo stūmoklis. Tai reiškė, kad stūmoklio cilindro temperatūra išliko daug pastovesnė, o tai žymiai padidino variklio degalų efektyvumą. „Watt“ taip pat sukūrė variklį, galintį sukti veleną, o ne siurbimo aukštyn ir žemyn veiksmus, taip pat smagratį, kuris leido sklandžiai perduoti galią tarp variklio ir darbo krūvio. Dėl šių ir kitų naujovių garo variklis tapo pritaikytas daugelyje gamyklų procesus, o Wattas ir jo verslo partneris Matthew Boultonas pastatė kelis šimtus variklių pramoniniam naudojimui.
Vėliau garo varikliai
XIX amžiaus pradžioje buvo padaryta didelė naujovė aukšto slėgio garų varikliams, kurie buvo daug efektyvesni nei Watt ir kitų garų variklių pradininkų žemo slėgio modeliai. Tai paskatino sukurti daug mažesnius, galingesnius garo variklius, kurie galėtų būti naudojami traukiniams ir valtims varyti ir įvairesnėms pramoninėms užduotims atlikti, pavyzdžiui, pjaustyti pjūklus gamyklose. Du svarbūs šių variklių novatoriai buvo amerikietis Oliveris Evansas ir anglas Richardas Trevithickas. Laikui bėgant garo varikliai buvo pakeisti vidaus degimo varikliais daugumos rūšių ir pramoniniams darbo, tačiau garo generatorių naudojimas elektros energijai gaminti išlieka svarbi elektros energijos gamybos dalis šiandien.