单流式蒸汽机

单流式蒸汽机使用的蒸汽在汽缸的每一半都只向一个方向流动。通过沿汽缸的温度梯度来提高热效率。蒸汽总是从汽缸的热端进入，并通过冷却器中心的端口排出。通过这种方式，可以减少汽缸壁的相对加热和冷却。

蒸汽进入通常由凸轮轴操作的提升阀（与内燃机中使用的提升阀类似）来控制。进气阀在冲程开始时达到最小的膨胀量时打开，接纳蒸汽。在曲轴循环的一段时间内，蒸汽被接纳，然后提升阀的入口被关闭，允许蒸汽在冲程中继续膨胀，驱动活塞。在接近冲程结束时，活塞将揭开一个环形的排气口，径向安装在气缸的中心。这些端口通过一个歧管和管道连接到冷凝器，将腔内的压力降低到大气压力以下，导致快速排气。曲柄的持续旋转使活塞移动。从动画中可以看到单流式发动机的特点，一个大活塞几乎是气缸长度的一半，两端有提动式进气阀，一个凸轮轴（其运动来源于传动轴）和一个中央环形排气口。

单流式发动机有可能在单个汽缸中实现更大的膨胀，而在排气冲程中，相对较冷的排气蒸汽会流过工作汽缸的热端和传统逆流式蒸汽机的蒸汽口。这种情况下，热效率更高。排气口只在活塞冲程的一小部分时间内打开，在活塞开始向气缸的接纳端移动后，排气口就关闭了。排气口关闭后，留在气缸内的蒸汽被截留，这些截留的蒸汽被返回的活塞压缩。这在热力学上是可取的，因为它可以在蒸汽进入前预热汽缸的热端。然而，过度压缩的风险往往导致在汽缸盖上有小的辅助排气口。这样的设计被称为半顺流式发动机。这种类型的发动机通常有多个直列布置的汽缸，可能是单作用或双作用的。这种类型的一个特别的优点是，可以通过多个凸轮轴的作用来操作阀门，通过改变这些凸轮轴的相对相位，可以在低速时增加蒸汽量以获得高扭矩，而在巡航速度时可以减少蒸汽量以获得经济的运行。另外，使用更复杂的凸轮表面的设计可以通过改变整个凸轮轴的纵向位置，使其与从动件相比，可以改变吸入的时间。凸轮轴可以通过机械或液压装置进行移动。单流设计还可以保持缸内的温度梯度不变，避免热蒸汽和冷蒸汽在缸的同一端通过。缺点在实践中，单流式发动机有很多操作上的缺点。大的膨胀比需要大的汽缸容积。为了从发动机中获得xxx的潜在功，需要一个高的往复速度，通常比双作用的逆流式发动机快80%。这导致进气阀的开启时间非常短，给脆弱的机械部件带来巨大压力。为了承受所遇到的巨大的机械力，发动机必须建造得很厚实，并且需要一个大的飞轮来平缓蒸汽压力在汽缸中快速上升和下降时的扭矩变化。由于汽缸内存在热梯度，缸壁上的金属会在不同程度上膨胀。这就要求汽缸孔在冷却中心比在热端加工得更宽。如果气缸没有被正确地加热，或者如果水进入，这种微妙的平衡就会被打破，导致冲程中的卡死，或者有可能导致破坏。

单流式发动机于1827年由JacobPerkins首次在英国使用，并于1885年由LeonardJennettTodd获得专利。它在1909年被德国工程师JohannStumpf推广，xxx台商业固定式发动机在一年前的1908年生产。

单流原理主要用于工业发电，但也在英国的一些铁路机车中进行了尝试，如1913年的东北铁路单流机车825号和1919年的2212号，以及中部铁路的帕吉特机车。在法国、德国、美国和俄罗斯也进行了实验。在任何情况下，结果都没有得到鼓励