محرك بخاري بحري

كان محرك الرافعة الجانبية أول نوع من محركات البخار التي تم اعتمادها على نطاق واسع للاستخدام البحري في أوروبا . ^{[ 5 ] [ 6 ]} في السنوات الأولى للملاحة البخارية (من حوالي عام 1815)، كان محرك الرافعة الجانبية هو النوع الأكثر شيوعًا من محركات السفن للممرات المائية الداخلية والخدمات الساحلية في أوروبا، وظل لسنوات عديدة المحرك المفضل للخدمة في المحيطات على جانبي المحيط الأطلسي . ^{[ 7 ]}

كان المحرك ذو الرافعة الجانبية نسخة معدلة من أقدم أشكال محركات البخار، وهو محرك العارضة . يتكون المحرك النموذجي ذو الرافعة الجانبية من عارضتين حديديتين أفقيتين ثقيلتين، تُعرفان بالرافعتين الجانبيتين، تُثبت كل منهما في المنتصف بواسطة مسمار بالقرب من قاعدة المحرك، مما يسمح للرافعتين بالدوران ضمن قوس محدود. يقع أسطوانة المحرك عموديًا بين هاتين الرافعتين من جهة، مع وجود قضيب المكبس متصلًا بعارضة أفقية في الأعلى، ويمتد من كل طرف من طرفيها قضيب رأسي، يُعرف بالقضيب الجانبي، على جانبي الأسطوانة ليتصل بنهاية الرافعة الجانبية على نفس الجانب. تتصل نهايتا الرافعتين الجانبيتين ببعضهما البعض بواسطة وصلة أفقية، يمتد منها قضيب توصيل واحد مشترك يُشغل عمود المرفق بينما تتأرجح الرافعتان لأعلى ولأسفل حول المسمار المركزي. ^{[ 5 ]}

كان العيب الرئيسي لمحرك الرافعة الجانبية هو حجمه الكبير ووزنه الثقيل. ^{[ 6 ]} ولكن سرعان ما حلت محله تصاميم أخف وزنًا وأكثر كفاءة في الممرات المائية الداخلية والخدمات الساحلية. ومع ذلك، ظل هذا النوع من المحركات هو السائد في الخدمة البحرية خلال معظم النصف الأول من القرن التاسع عشر، وذلك بفضل مركز ثقله المنخفض نسبيًا ، مما منح السفن مزيدًا من الثبات في البحار الهائجة. ^{[ 7 ]} كما كان هذا النوع من المحركات شائعًا في السفن الحربية المبكرة، ^{[ 8 ]} نظرًا لأن ارتفاعه المنخفض نسبيًا جعله أقل عرضة لأضرار المعارك. منذ أول سفينة بخارية تابعة للبحرية الملكية عام 1820 وحتى عام 1840، دخلت 70 سفينة بخارية الخدمة، معظمها مزودة بمحركات رافعة جانبية، باستخدام غلايات مضبوطة على ضغط أقصى يبلغ 4 رطل لكل بوصة مربعة. ^{[ 8 ]} فرضت ضغوط البخار المنخفضة أحجامًا كبيرة للأسطوانات في محركات الرافعة الجانبية، على الرغم من أن الضغط الفعلي على المكبس كان الفرق بين ضغط الغلاية والفراغ في المكثف.

كان محرك الرافعة الجانبية محركًا ذو عجلة مجدافية ، ولم يكن مناسبًا لتشغيل المراوح اللولبية . وكانت آخر سفينة بُنيت للخدمة عبر المحيط الأطلسي مزودة بمحرك ذي رافعة جانبية هي باخرة المجداف التابعة لخط كونارد ، آر إم إس سكوتيا  ، والتي اعتُبرت مفارقة تاريخية عندما دخلت الخدمة عام 1862. ^{[ 9 ]}

• 
  محرك ذراع جانبي لسفينة إس إس باسيفيك (1849)  
• 
  محرك ذراع جانبي لسفينة آر إم إس بيرسيا (1855)
• 
  نموذج لمحركي ذراع التشغيل الجانبيين المزدوجين لسفينة روبي البخارية التي كانت تعمل في نهر التايمز عام 1836
• 
  محرك نابير ذو ذراع جانبي مبكر من شركة PS Leven ، معروض في دمبارتون ، اسكتلندا

كان محرك الجراد أو نصف الرافعة ^{[ 10 ]} نوعًا من محركات الرافعة الجانبية. ويختلف محرك الجراد عن محرك الرافعة الجانبية التقليدي في أن موقع محور الرافعة وقضيب التوصيل معكوس تقريبًا، حيث يقع المحور في أحد طرفي الرافعة بدلًا من مركزها، بينما يُثبَّت قضيب التوصيل بالرافعة بين الأسطوانة من جهة والمحور من الجهة الأخرى. ^{[ 11 ]}

من أهم مزايا محرك الجراد رخص ثمنه ومتانته، إذ يُقال إنه يتطلب صيانة أقل من أي نوع آخر من محركات البخار البحرية. ومن مزاياه الأخرى سهولة تشغيله من أي وضعية للذراع. إلا أنه، كحال محركات الرافعة الجانبية التقليدية، عانى محرك الجراد من عيبين هما وزنه وحجمه. وقد استُخدم بشكل رئيسي في الزوارق الصغيرة مثل قوارب الأنهار والقاطرات . ^{[ 11 ]}

كان محرك العارضة، المعروف أيضاً باسم المحرك المربع أو محرك المنشرة أو محرك الإطار A ، نوعاً من محركات العجلات المجدافية المستخدمة في الولايات المتحدة. وكان النوع الأكثر شيوعاً من المحركات في السنوات الأولى للملاحة البخارية الأمريكية. ^{[ 12 ]}

يُوصَف محرك الوصلة المتقاطعة بأنه يحتوي على أسطوانة رأسية فوق عمود المرفق، مع تثبيت ذراع المكبس على وصلة متقاطعة أفقية، ويمتد من كل طرف منها، على جانبي الأسطوانة، ذراع توصيل يُدير عمود مرفق منفصل. ^{[ 13 ]} تتحرك الوصلة المتقاطعة داخل موجهات رأسية بحيث يحافظ المحرك على مساره الصحيح أثناء حركته. ^{[ 14 ]} يُفترض أن الاسم البديل للمحرك - "إطار A" - مشتق من شكل الإطارات التي تدعم هذه الموجهات. بعض محركات الوصلة المتقاطعة تحتوي على أكثر من أسطوانة، وفي هذه الحالة، عادةً ما تكون جميع أذرع المكبس متصلة بنفس الوصلة المتقاطعة.

نظرًا لوجود الأسطوانة فوق عمود المرفق في هذا النوع من المحركات، فقد كان مركز ثقلها مرتفعًا، ولذلك اعتُبرت غير مناسبة للاستخدام في الملاحة البحرية. ^{[ 15 ]} وقد حصر هذا الأمر استخدامها إلى حد كبير في السفن المصممة للممرات المائية الداخلية. ^{[ 13 ]} ومع ازدياد حجم ووزن المحركات البحرية باطراد خلال القرن التاسع عشر، أصبح مركز الثقل المرتفع لمحركات العارضة المربعة غير عملي بشكل متزايد، وبحلول أربعينيات القرن التاسع عشر، تخلى عنها بناة السفن لصالح محرك العارضة المتحركة. ^{[ 16 ]}

قد يُسبب اسم هذا المحرك بعض الالتباس، إذ يُعدّ "المحرك ذو الرأس المتقاطع" اسمًا بديلًا لمحرك "المحرك ذو الرأس المدبب" (المذكور أدناه). ولذلك، تُفضّل العديد من المصادر الإشارة إليه باسمه غير الرسمي "المحرك المربع" لتجنب هذا الالتباس. إضافةً إلى ذلك، يجب عدم الخلط بين المحرك البحري ذي الرأس المتقاطع أو المحرك المربع الموصوف في هذا القسم وبين مصطلح " المحرك المربع " المُستخدم في محركات الاحتراق الداخلي ، والذي يُشير في الحالة الأخيرة إلى محرك يكون قطره مساويًا لشوط مكبسه .

• 
  نموذج لمحرك ذي رأس متقاطع أو "مربع"، يوضح موقع أسطوانة المحرك فوق عمود المرفق؛ بالإضافة إلى قضيب المكبس، والرأس المتقاطع، وقضبان التوصيل، وعجلات التوجيه.
• 
  رسم تخطيطي لمحرك ذي رأس متقاطع نموذجي لسفينة بخارية في نهر هدسون (منظر جانبي)
• 
  سفينة نيويورك البخارية ذات العجلات المجدافية التي تعود لعام 1836. بين عجلات التجديف يوجد المحرك المربع الطويل أو "المحرك ذو الإطار A"، والذي يمكن رؤية قضيب المكبس الطويل بداخله، بالقرب من أعلى شوطه، مشكلاً حرف "T" مع العارضة الأفقية.
• 
  السفينة البخارية نورويتش ، تُظهر محركها ذو الرأس المتقاطع أثناء التشغيل

كان المحرك ذو العارضة المتحركة، المعروف تقنيًا بالعارضة الرأسية أو العارضة العلوية ، ويُشار إليه أحيانًا ببساطة باسم "العارضة"، أحد التعديلات المبكرة لمحرك العارضة، لكن استخدامه اقتصر تقريبًا على الولايات المتحدة. ^{[ 17 ]} بعد طرحه، سرعان ما أصبح المحرك ذو العارضة المتحركة النوع الأكثر شيوعًا في المياه الأمريكية للممرات المائية الداخلية والخدمات الساحلية، وشق طريقه في النهاية إلى السفن البخارية الأمريكية العابرة للمحيطات. وقد أثبت هذا النوع متانته الملحوظة، حيث استمر تصنيع محركات العارضة المتحركة بشكل متقطع حتى أربعينيات القرن العشرين. في التطبيقات البحرية، كانت العارضة نفسها تُدعّم عادةً بدعامات حديدية تُعطيها شكلًا ماسيًا مميزًا، على الرغم من أن الدعامات التي تستند عليها العارضة كانت تُبنى غالبًا من الخشب. ويُعتقد أن صفة "العارضة المتحركة" مشتقة من تحريف المصطلح التقني "عارضة العمل".

كانت محركات العارضة المتحركة نوعًا من محركات العجلة المجدافية، ونادرًا ما استُخدمت لتشغيل المراوح. استُخدمت بشكل أساسي للسفن والقوارب العاملة في الأنهار والبحيرات وعلى طول السواحل، لكنها كانت خيارًا أقل شيوعًا للسفن البحرية نظرًا لارتفاع المحرك الكبير الذي جعل السفينة أقل استقرارًا في البحار الهائجة. ^{[ 18 ]} كما كان استخدامها محدودًا عسكريًا، لأن المحرك كان عرضة لنيران العدو، وبالتالي كان من السهل تعطيله. ويعود انتشارها في الولايات المتحدة بشكل أساسي إلى كونها مناسبة تمامًا للقوارب ذات الغاطس الضحل التي كانت تعمل في الممرات المائية الساحلية والداخلية الضحلة في أمريكا. ^{[ 17 ]}

ظلت محركات العارضة المتحركة شائعة لدى خطوط الشحن الأمريكية وشركات الرحلات البحرية حتى أوائل القرن العشرين. ورغم أن هذا النوع من المحركات أصبح متقادمًا تقنيًا في أواخر القرن التاسع عشر، إلا أنه ظل مفضلًا لدى ركاب السفن السياحية الذين كانوا يتوقعون رؤية "العارضة المتحركة" وهي تتحرك. كما كانت هناك أسباب تقنية أخرى وراء الإبقاء على هذا النوع من المحركات في أمريكا، إذ كان بناؤه أسهل، ويتطلب دقة أقل في التصميم. ويمكن استخدام الخشب في الهيكل الرئيسي للمحرك، بتكلفة أقل بكثير من استخدام مصبوبات الحديد في تصميمات المحركات الحديثة. وكان الوقود أرخص بكثير في أمريكا منه في أوروبا، لذا لم يكن انخفاض كفاءة محرك العارضة المتحركة عاملًا مؤثرًا. أرجع تشارلز إتش. كرامب ، صانع السفن من فيلادلفيا ، افتقار أمريكا العام للقدرة التنافسية مع صناعة بناء السفن البريطانية في منتصف القرن التاسع عشر إلى تمسك صانعي السفن المحليين الأمريكيين ومالكي خطوط الشحن بتقنيات عفا عليها الزمن مثل عارضة التوازن وعجلة التجديف المرتبطة بها لفترة طويلة بعد التخلي عنها في أجزاء أخرى من العالم. ^{[ 19 ]}

• 
  رسم تخطيطي أساسي لمحرك ذي عارضة متحركة
• 
  يو إس إس ديلاوير (1861)   . يمكن رؤية "العارضة المتحركة" ذات الشكل الماسي بوضوح في منتصف السفينة.

كان محرك البرج، الذي يُشار إليه أحيانًا باسم محرك "الرأس المتقاطع"، محاولة مبكرة للتخلي عن مفهوم العارضة الشائع في كل من محركات العارضة المتحركة ومحركات الرافعة الجانبية، والتوصل إلى تصميم أصغر حجمًا وأخف وزنًا وأكثر كفاءة. في محرك البرج، لا يتحول التذبذب الرأسي للمكبس إلى حركة تأرجح أفقية كما في محرك العارضة، بل يُستخدم لتحريك مجموعة تتكون من رأس متقاطع وقضيبين، عبر دليل رأسي في أعلى المحرك، والذي بدوره يُشغل قضيب توصيل عمود المرفق الموجود أسفله. ^{[ 20 ]} في النماذج الأولى من هذا النوع، كانت مجموعة الرأس المتقاطع مستطيلة الشكل، ولكن مع مرور الوقت تم تحسينها لتصبح مثلثًا ممدودًا. تُعطي المجموعة المثلثة الموجودة أعلى أسطوانة المحرك شكله المميز "البرجي"، ومن هنا جاءت التسمية.

كانت محركات ستيبيل طويلة مثل محركات العارضة المتحركة، لكنها أضيق بكثير من الجانبين، مما وفر المساحة والوزن. ونظرًا لارتفاعها ومركز ثقلها المرتفع، فقد اعتُبرت، مثل محركات العارضة المتحركة، أقل ملاءمة للخدمة في المحيطات، لكنها ظلت شائعة جدًا لعدة عقود، خاصة في أوروبا، لسفن الممرات المائية الداخلية والسفن الساحلية. ^{[ 21 ]}

بدأت محركات الأبراج بالظهور في السفن البخارية في ثلاثينيات القرن التاسع عشر، وتم تطوير هذا النوع في أوائل أربعينيات القرن التاسع عشر على يد صانع السفن الاسكتلندي ديفيد نابيير . ^{[ 22 ]} وقد تم استبدال محرك الأبراج تدريجياً بأنواع مختلفة من المحركات ذات الفعل المباشر.

كان المحرك السيامي، المعروف أيضًا باسم محرك "الأسطوانتين" أو "الأسطوانتين المزدوجتين"، بديلاً مبكرًا آخر لمحرك العارضة أو المحرك ذي الرافعة الجانبية. يتكون هذا النوع من المحركات من أسطوانتين رأسيتين متطابقتين متجاورتين، حيث تتصل قضبان المكابس بذراع متقاطعة مشتركة على شكل حرف T. يمتد الذراع الرأسي للذراع المتقاطعة إلى أسفل بين الأسطوانتين، ويتصل من أسفله بكل من ذراع توصيل عمود المرفق وكتلة توجيه تنزلق بين الجانبين الرأسيين للأسطوانتين، مما يُمكّن المجموعة من الحفاظ على المسار الصحيح أثناء حركتها. ^{[ 23 ]}

اخترع المهندس البريطاني جوزيف مودسلي (ابن هنري ) المحرك السيامي، ولكن على الرغم من أنه اخترعه بعد محركه المتذبذب (انظر أدناه)، إلا أنه لم يحظَ بنفس الانتشار الواسع، إذ كان أصغر حجمًا وأخف وزنًا بشكل طفيف فقط من محركات الرافعة الجانبية التي صُمم ليحل محلها. ^{[ 24 ]} ومع ذلك، فقد استُخدم في عدد من السفن الحربية في منتصف القرن، بما في ذلك أول سفينة حربية مُجهزة بمروحة لولبية، وهي سفينة إتش إم إس راتلر  .

• 
  رسم تخطيطي أساسي لمحرك سيامي
• 
  رسم تخطيطي لمحرك حلقي (انظر أدناه) مع آلية توصيل سيامي
• 
  المحرك السيامي لسفينة إتش إم إس ريتريبيوشن (1844)

ورد تعريفان للمحرك ذي الفعل المباشر في أدبيات القرن التاسع عشر. يُطبّق التعريف الأقدم مصطلح "ذي الفعل المباشر" على أي نوع من المحركات باستثناء محركات العارضة (مثل محركات العارضة المتحركة، أو محركات الرافعة الجانبية، أو محركات الجراد). أما التعريف الأحدث فيقتصر على استخدام هذا المصطلح للمحركات التي تنقل الطاقة مباشرةً إلى عمود المرفق عبر قضيب المكبس و/أو قضيب التوصيل. ^{[ 25 ]} ما لم يُذكر خلاف ذلك، يعتمد هذا المقال التعريف الأحدث.

على عكس محركات الرافعة الجانبية أو محركات العارضة، يمكن تكييف محرك الفعل المباشر بسهولة لتشغيل عجلات التجديف أو المروحة. فضلًا عن انخفاض ارتفاعه، يتميز محرك الفعل المباشر بصغر حجمه وخفة وزنه مقارنةً بمحركات العارضة أو محركات الرافعة الجانبية. وقد وجدت البحرية الملكية أن محرك الفعل المباشر (وفقًا للتعريف المبكر) يزن في المتوسط ​​40% أقل، ويتطلب غرفة محركات لا تتجاوز ثلثي حجم غرفة محركات الرافعة الجانبية ذات القدرة المكافئة. ومن عيوب هذه المحركات أنها أكثر عرضة للتآكل، وبالتالي تتطلب صيانة أكثر. ^{[ 24 ]}

كان المحرك المتذبذب نوعًا من المحركات ذات الفعل المباشر، صُمم لتحقيق مزيد من التخفيض في حجم المحرك ووزنه. في المحركات المتذبذبة، كانت قضبان المكابس متصلة مباشرة بعمود المرفق، مما يُغني عن الحاجة إلى قضبان التوصيل. ولتحقيق ذلك، لم تكن أسطوانات المحرك ثابتة كما هو الحال في معظم المحركات، بل كانت مثبتة في المنتصف بواسطة محاور تسمح للأسطوانات نفسها بالدوران ذهابًا وإيابًا مع دوران عمود المرفق - ومن هنا جاء مصطلح " متذبذب" . ^{[ 26 ]} كان يتم تزويد البخار وتصريفه عبر المحاور. عادةً ما تُستخدم الحركة المتذبذبة للأسطوانة لمحاذاة المنافذ في المحاور لتوجيه تغذية البخار وتصريفه إلى الأسطوانة في الأوقات الصحيحة. ومع ذلك، غالبًا ما كانت تُزود بصمامات منفصلة، ​​يتم التحكم فيها بواسطة الحركة المتذبذبة. وهذا يسمح بتغيير التوقيت لتمكين التشغيل التمددي (كما هو الحال في محرك السفينة ذات المجداف PD Krippen ). يوفر هذا التصميم البساطة مع الحفاظ على مزايا صغر الحجم.

قام جوزيف مودسلي ببناء أول محرك متذبذب حاصل على براءة اختراع عام 1827، ولكن يُعتقد أن جون بن هو من قام بتطوير هذا النوع . وظلت المحركات المتذبذبة نوعاً شائعاً من محركات السفن طوال معظم القرن التاسع عشر. ^{[ 26 ]}

• 
  نموذج لمحرك مودسلي المتذبذب
• 
  محركات العجلات المتذبذبة لسفينة إتش إم إس بلاك إيجل . يمكن استخدام المحركات المتذبذبة لتشغيل العجلات أو المراوح.
• 
  محرك متذبذب صنع عام 1853 بواسطة شركة جيه آند إيه بليث في لندن لصالح الباخرة النمساوية ذات العجلات المجدافية أورسوفا

تم تطوير محرك الجذع، وهو نوع آخر من المحركات ذات التأثير المباشر، في الأصل كوسيلة لتقليل ارتفاع المحرك مع الحفاظ على شوط طويل . (كان الشوط الطويل يُعتبر مهمًا في ذلك الوقت لأنه يقلل من الضغط على المكونات).

في محرك الصندوق، يقع ذراع التوصيل داخل مكبس مجوف كبير القطر. هذا "الصندوق" لا يتحمل أي حمل تقريبًا. الجزء الداخلي من الصندوق مفتوح للهواء الخارجي، وهو واسع بما يكفي لاستيعاب الحركة الجانبية لذراع التوصيل، الذي يربط مسمارًا في رأس المكبس بعمود مرفقي خارجي.

كانت جدران الأسطوانة إما مثبتة بمسامير على المكبس أو مصبوبة كوحدة واحدة معه، وتتحرك معه ذهابًا وإيابًا. الجزء العامل من الأسطوانة حلقي الشكل، ويمر أنبوب الأسطوانة عبر مركز الأسطوانة نفسها. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

كانت النماذج الأولى لمحركات الجذع تحتوي على أسطوانات عمودية. إلا أن بناة السفن سرعان ما أدركوا أن هذا النوع من المحركات صغير الحجم بما يكفي لوضعه أفقيًا على عارضة السفينة . وبهذا التصميم، كان مفيدًا جدًا للقوات البحرية، إذ كان ارتفاعه منخفضًا بما يكفي ليناسب تمامًا أسفل خط الماء ، مما يجعله في مأمن قدر الإمكان من نيران العدو. وقد أنتجت شركة جون بن هذا النوع من المحركات للخدمة العسكرية بشكل عام.

كانت المحركات الأنبوبية شائعة في السفن الحربية في منتصف القرن التاسع عشر. ^{[ 28 ]} كما كانت تُستخدم لتشغيل السفن التجارية، حيث كانت مكلفة التشغيل، على الرغم من قيمتها لصغر حجمها وانخفاض مركز ثقلها. إلا أن هذه المحركات لم تكن تعمل بكفاءة مع ضغوط الغلايات العالية التي شاعت في النصف الثاني من القرن التاسع عشر، وذلك لصعوبة الحفاظ على إحكام البخار حول الأنبوب، فتخلى عنها بناة السفن لصالح حلول أخرى. ^{[ 28 ]}

كانت محركات الجذع عادةً كبيرة الحجم، ولكن تم إنتاج نسخة صغيرة منها، ذات سرعة دوران عالية وضغط عالٍ، خصيصًا لحرب القرم. ونظرًا لفعاليتها الكبيرة، استمر استخدام هذا النوع في زوارق المدفعية اللاحقة. ^{[ 29 ]} يوجد محرك جذع أصلي من نوع زوارق المدفعية في متحف غرب أستراليا في فريمانتل . بعد غرقه عام 1872، تم انتشاله عام 1985 من السفينة إس إس زانثو  ، ويمكن الآن تدويره يدويًا. ^{[ 30 ]} يمكن الاطلاع على طريقة تشغيل المحرك، التي توضح حجمه الصغير، على موقع مشروع زانثو الإلكتروني. ^{[ 31 ]}

• 
  رسم توضيحي لمحرك صندوق السيارة
• 
  رسم توضيحي لمحرك صندوق السفينة إتش إم إس بيليروفون  ، يظهر (على اليسار) أسطوانة المحرك، والمكبس الحلقي، ومجموعة صندوق المحرك، وقضيب التوصيل داخل صندوق المحرك
• 
  نظرة من الأعلى على محرك السفينة الحربية إتش إم إس واريور (1860)   . يمكن رؤية قضيب التوصيل يخرج من المحرك على اليمين.

كان محرك الرافعة الاهتزازية، أو محرك نصف الجذع ، تطويرًا لمحرك الجذع التقليدي الذي ابتكره المهندس السويدي الأمريكي جون إريكسون . احتاج إريكسون إلى محرك صغير الحجم ومنخفض الارتفاع، مثل محرك الجذع ، لتشغيل سفن المراقبة التابعة للحكومة الفيدرالية الأمريكية ، وهي نوع من السفن الحربية طُوّرت خلال الحرب الأهلية الأمريكية ، والتي كانت تفتقر إلى مساحة كافية لمحطة توليد طاقة تقليدية. ^{[ 32 ]} إلا أن محرك الجذع نفسه لم يكن مناسبًا لهذا الغرض، لأن معظم الوزن كان يتركز على جانب المحرك الذي يحتوي على الأسطوانة والجذع، وهي مشكلة لم يتمكن المصممون من معالجتها في سفن المراقبة الحربية الصغيرة.

حلّ إريكسون هذه المشكلة بوضع أسطوانتين أفقيتين متقابلتين في منتصف المحرك، تعملان بواسطة "رافعتين اهتزازيتين"، واحدة على كل جانب، تقومان، عبر أعمدة ورافعات إضافية، بتدوير عمود مرفقي مركزي. ^{[ 32 ]} استُخدمت محركات الرافعة الاهتزازية لاحقًا في بعض السفن الحربية والتجارية الأخرى، لكن استخدامها اقتصر على السفن التي بُنيت في الولايات المتحدة وفي السويد، موطن إريكسون، ^{[ 33 ]} ونظرًا لقلة مزاياها مقارنةً بالمحركات التقليدية، سرعان ما حلت محلها أنواع أخرى.

كان المحرك ذو الفعل العكسي، المعروف أيضًا باسم محرك ذراع التوصيل العائد ، محركًا آخر مصممًا ليكون منخفض الارتفاع. وهو في الواقع محرك ذو عمود دوران مُعدّل، يُوضع أفقيًا على عارضة السفينة بدلًا من وضعه رأسيًا فوقها. ^{[ 33 ]} وبدلًا من مجموعة الوصلة المثلثة الموجودة في المحرك ذي عمود الدوران التقليدي، يستخدم المحرك ذو الفعل العكسي عادةً مجموعة من قضيبين أو أكثر من قضبان المكابس المتوازية والمطولة التي تنتهي بوصلة لأداء الوظيفة نفسها. ويُشتق مصطلح "ذو الفعل العكسي" أو "ذراع التوصيل العائد" من حقيقة أن ذراع التوصيل "يعود" من جانب المحرك المقابل لأسطوانة المحرك لتدوير عمود المرفق المركزي. ^{[ 34 ]}

كانت المحركات ذات الحركة العكسية نوعًا آخر من المحركات الشائعة في السفن الحربية والتجارية على حد سواء في منتصف القرن التاسع عشر، ولكن كغيرها من أنواع المحركات في عصر التطور التكنولوجي السريع، تم التخلي عنها في نهاية المطاف لصالح حلول أخرى. ولا يوجد سوى محرك واحد معروف من هذا النوع لا يزال قائمًا، وهو محرك السفينة " إيمري رايس" (التي كانت تُعرف سابقًا باسم "يو إس إس رينجر  ")، والذي يُعد الآن محورًا رئيسيًا في متحف البحرية التجارية الأمريكية . ^{[ 35 ] [ 36 ]}

• 
  رسم تخطيطي لمحرك الدوران العكسي لسفينة يو إس إس رينجر 
• 
  محرك قضيب التوصيل العكسي لسفينة إتش إم إس أجينكورت (1865)

مع ازدياد حجم السفن البخارية وحمولتها بشكل مطرد خلال القرن التاسع عشر، تضاءلت الحاجة إلى محركات منخفضة الارتفاع وذات مركز ثقل منخفض. وبفضل التحرر المتزايد من هذه القيود التصميمية، تمكن المهندسون من العودة إلى تصاميم أبسط وأكثر كفاءة وأسهل صيانة. وكانت النتيجة هي هيمنة متزايدة لما يُسمى بالمحرك "الرأسي" ^{[ 25 ]} (المعروف بشكل أدق باسم المحرك الرأسي المقلوب ذي الفعل المباشر ).

في هذا النوع من المحركات، تقع الأسطوانات مباشرةً فوق عمود المرفق، وتشكل مجموعات قضيب المكبس/قضيب التوصيل خطًا مستقيمًا تقريبًا بينهما. ^{[ 25 ]} يشبه هذا التصميم تصميم محرك الاحتراق الداخلي الحديث (مع اختلاف ملحوظ يتمثل في أن محرك البخار مزدوج الفعل، كما سيُذكر لاحقًا، بينما تولد جميع محركات الاحتراق الداخلي تقريبًا الطاقة فقط في شوط الاحتراق الهابط). تُعرف المحركات الرأسية أحيانًا باسم محركات "المطرقة" أو "مطرقة الحدادة" أو "مطرقة البخار"، نظرًا لتشابه مظهرها تقريبًا مع تقنية بخارية شائعة أخرى من القرن التاسع عشر، وهي مطرقة البخار . ^{[ 37 ]}

مع نهاية القرن التاسع عشر، حلت المحركات العمودية محل جميع أنواع محركات البخار البحرية الأخرى تقريبًا. ^{[ 25 ] [ 37 ]} ونظرًا لانتشارها الواسع، لا يُشار إليها عادةً بهذا الاسم، بل يُشار إليها بناءً على تقنية أسطوانتها، أي المركبة، أو ثلاثية التمدد، أو رباعية التمدد، وما إلى ذلك. يُعدّ مصطلح "عمودي" لهذا النوع من المحركات غير دقيق، إذ من الناحية الفنية، يُمكن اعتبار أي نوع من محركات البخار "عموديًا" إذا كانت أسطوانته موجهة رأسيًا. وقد لا يكون المحرك الذي يصفه أحدهم بأنه "عمودي" من النوع العمودي ذي الفعل المباشر المقلوب، إلا إذا استخدم مصطلح "عمودي" دون أي تحديد.

• 
  رسم تخطيطي لمحرك "مطرقة" بسيط
• 
  محرك التمدد الثلاثي العمودي لسفينة يو إس إس ويسكونسن (BB-9)   . يمكن رؤية الترتيب العمودي النموذجي للمحرك، المكون من الأسطوانة وقضيب المكبس وقضيب التوصيل وعمود المرفق، بوضوح في هذه الصورة.

محرك التمدد البسيط هو محرك بخاري يتمدد فيه البخار عبر مرحلة واحدة فقط، أي أن جميع أسطواناته تعمل عند نفس الضغط. ولأن هذا النوع كان الأكثر شيوعًا في المراحل الأولى لتطوير المحركات البحرية، فإن مصطلح "التمدد البسيط" نادرًا ما يُستخدم. لذا، في المراجع القديمة لتلك الفترة، يُفترض عمومًا أن المحرك من نوع التمدد البسيط ما لم يُذكر خلاف ذلك.

كانت المحركات المركبة وسيلة لتحسين الكفاءة. قبل تطويرها، كانت محركات البخار تستخدم البخار مرة واحدة فقط قبل إعادة تدويره إلى المرجل. أما المحرك المركب، فيُعيد تدوير البخار أولًا إلى أسطوانة ثانوية واحدة أو أكثر ذات ضغط منخفض وأكبر حجمًا، وذلك للاستفادة بشكل أكبر من طاقته الحرارية. ويمكن تهيئة المحركات المركبة لزيادة كفاءة استهلاك الوقود أو سرعة السفينة. وبشكل عام، يُمكن أن يُشير مصطلح "المحرك المركب" إلى محرك بخاري يحتوي على أي عدد من الأسطوانات ذات الضغوط المختلفة، إلا أن المصطلح يُستخدم عادةً للإشارة إلى المحركات التي تُمدد البخار عبر مرحلتين فقط، أي تلك التي تُشغل الأسطوانات عند ضغطين مختلفين فقط (أو محركات "التمدد المزدوج"). ^{[ 38 ]}

لاحظ أن المحرك المركب (بما في ذلك محركات التمدد المتعدد، انظر أدناه) يمكن أن يحتوي على أكثر من مجموعة واحدة من الأسطوانات ذات الضغط المتغير. على سبيل المثال، قد يحتوي المحرك على أسطوانتين تعملان عند ضغط x وأسطوانتين تعملان عند ضغط y، أو أسطوانة واحدة تعمل عند ضغط x وثلاث أسطوانات تعمل عند ضغط y. ما يجعله مركباً (أو مزدوج التمدد) على عكس متعدد التمدد هو وجود ضغطين فقط ، x و y. ^{[ 39 ]}

يُعتقد أن أول محرك مركب تم تركيبه في سفينة هو ذلك الذي ركبه المهندس الأمريكي جيمس ب. ألاير على سفينة هنري إيكفورد عام 1824. ومع ذلك، تُنسب العديد من المصادر "اختراع" المحرك المركب البحري إلى جون إلدر من غلاسكو في خمسينيات القرن التاسع عشر. أدخل إلدر تحسينات على المحرك المركب جعلته آمنًا واقتصاديًا للرحلات البحرية العابرة للمحيطات لأول مرة. ^{[ 40 ] [ 41 ]}

لتحقيق أقصى استفادة من محركاتها المركبة البحرية، تطلبت هذه المحركات ضغوطًا في الغلايات أعلى من الحد الذي فرضه مجلس التجارة البريطاني ، والذي لم يسمح إلا بـ 25 رطلًا لكل بوصة مربعة (170 كيلو باسكال) . تمكن مالك السفينة والمهندس ألفريد هولت من إقناع المجلس بالموافقة على ضغوط غلايات أعلى، فأطلق السفينة إس إس أجاممنون عام 1865، بغلايات تعمل بضغط 60 رطلًا لكل بوصة مربعة (410 كيلو باسكال) . أدى الجمع بين ضغوط الغلايات العالية والمحرك المركب إلى زيادة ملحوظة في كفاءة استهلاك الوقود ، مما سمح للسفن البخارية بالتفوق على السفن الشراعية في خط الملاحة من المملكة المتحدة إلى الصين، حتى قبل افتتاح قناة السويس عام 1869. ^{[ 42 ]}    

محرك التمدد الثلاثي هو محرك مركب يمدد البخار على ثلاث مراحل، مثل محرك بثلاث أسطوانات عند ثلاثة ضغوط مختلفة. أما محرك التمدد الرباعي فيمدد البخار على أربع مراحل. ^{[ 39 ]} مع ذلك، وكما ذُكر سابقًا، فإن عدد مراحل التمدد هو ما يُحدد المحرك، وليس عدد الأسطوانات، فمثلاً كانت سفينة آر إم إس تيتانيك  مزودة بمحركات تمدد ثلاثي بأربع أسطوانات. ^{[ 43 ]} كان أول استخدام تجاري ناجح لمحرك من هذا النوع في غوفان باسكتلندا على يد ألكسندر سي. كيرك لصالح السفينة إس إس أبردين عام 1881. ^{[ 44 ]} وقد واجهت تجربة سابقة لمحرك مطابق تقريبًا في السفينة إس إس بروبونتيس عام 1874 مشاكل في الغلايات. إذ كان لا بد من استبدال التركيب الأولي، الذي كان يعمل بضغط 150 رطل لكل بوصة مربعة (1000 كيلو باسكال) ، بتصميم مختلف يعمل بضغط 90 رطل لكل بوصة مربعة (620 كيلو باسكال) فقط . لم يكن هذا كافيًا لتحقيق الفوائد الاقتصادية الكاملة للتمدد الثلاثي. زُوِّدت السفينة أبردين بغلايتين فولاذيتين مزدوجتي الأطراف من النوع الاسكتلندي ، تعملان بضغط 860 كيلو باسكال (125 رطل لكل بوصة مربعة ) . احتوت هاتان الغلايتان على أفران مموجة حاصلة على براءة اختراع، تغلبت على مشكلتي نقل الحرارة والقوة الكافية لتحمل ضغط الغلاية. وقد وفر هذا الحل التقني الذي ضمن تزويد جميع السفن البخارية العابرة للمحيطات التي بُنيت حديثًا تقريبًا بمحركات ثلاثية التمدد في غضون سنوات قليلة من دخول أبردين الخدمة. ^{[ 45 ] : 106-111}       

استمر تصنيع محركات التمدد المتعدد حتى القرن العشرين. جميع سفن ليبرتي البالغ عددها 2700 سفينة ، والتي بنتها الولايات المتحدة خلال الحرب العالمية الثانية، كانت تعمل بمحركات التمدد الثلاثي، لأن قدرة الولايات المتحدة على تصنيع التوربينات البخارية البحرية كانت موجهة بالكامل نحو بناء السفن الحربية. وكانت شركة جوشوا هيندي للحديد أكبر مصنّع لمحركات التمدد الثلاثي خلال الحرب . ومع اقتراب نهاية الحرب، ازداد إنتاج سفن فيكتوري التي تعمل بالتوربينات. ^{[ 46 ]}

• 
  محرك جوشوا هيندي ثلاثي التمدد
• 
  منظر علوي لمحرك ثلاثي التمدد على قاطرة المحيطات هرقل التي تعود لعام 1907
• 
  محرك ثلاثي التمدد رأسي يزن 140 طنًا - ويُعرف أيضًا باسم 135 طنًا - من النوع المستخدم لتشغيل سفن ليبرتي خلال الحرب العالمية الثانية ، تم تجميعه لاختباره قبل تسليمه. يبلغ طول المحرك 6.4 مترًا (21 قدمًا) وارتفاعه 5.8 مترًا (19 قدمًا) ، وقد صُمم للعمل بسرعة 76 دورة في الدقيقة ودفع سفينة ليبرتي بسرعة تقارب 20 كيلومترًا في الساعة (11 عقدة ) .   

المحرك الحلقي نوعٌ غير مألوف من المحركات، يتميز بأسطوانة حلقية الشكل. ^{[ 47 ]} كانت بعض المحركات المركبة المبكرة للمهندس الأمريكي الرائد جيمس ب. ألاير من النوع الحلقي، حيث وُضعت أسطوانة أصغر ذات ضغط عالٍ في مركز أسطوانة أكبر ذات ضغط منخفض حلقية الشكل. ^{[ 48 ]} كانت محركات الجذع نوعًا آخر من المحركات الحلقية. أما النوع الثالث من المحركات البحرية الحلقية، فقد استخدم آلية توصيل المحرك السيامي، ولكن بدلًا من أسطوانتين منفصلتين، احتوى على أسطوانة واحدة حلقية الشكل ملفوفة حول الذراع الرأسي للوصلة (انظر الرسم التوضيحي تحت "السيامي" أعلاه). ^{[ 49 ]}

المحرك البسيط هو محرك يعمل بتمدد واحد للبخار، بغض النظر عن عدد الأسطوانات المُجهزة به. وحتى منتصف القرن التاسع عشر تقريبًا، كانت معظم السفن مزودة بمحركات ذات أسطوانة واحدة فقط، على الرغم من أن بعض السفن كانت تحتوي على محركات بسيطة متعددة الأسطوانات، و/أو أكثر من محرك واحد.

المحرك ثنائي الفعل هو محرك يُطبَّق فيه البخار على جانبي المكبس. في السابق، كانت محركات البخار تُطبِّق البخار في اتجاه واحد فقط، مما يسمح للزخم أو الجاذبية بإعادة المكبس إلى موضعه الأصلي، أما المحرك ثنائي الفعل فيستخدم البخار لدفع المكبس في كلا الاتجاهين، مما يزيد من سرعة الدوران وقوة المحرك. ^{[ 50 ]} ومثل مصطلح "المحرك البسيط"، فإن مصطلح "ثنائي الفعل" أقل شيوعًا في المراجع العلمية، نظرًا لأن معظم المحركات البحرية كانت من النوع ثنائي الفعل.

تشير هذه المصطلحات إلى اتجاه أسطوانة المحرك. في الأسطوانة الرأسية، يتحرك المكبس في المستوى الرأسي، ويخرج ذراع المكبس من أعلى الأسطوانة لتدوير عمود المرفق العلوي. في المحرك الرأسي المقلوب ، يتحرك المكبس أيضًا في المستوى الرأسي، ولكن يخرج ذراع المكبس من أسفل الأسطوانة لتدوير عمود المرفق السفلي. أما في المحركات المائلة أو الأفقية، فتكون الأسطوانة والمكبس في وضع مائل أو أفقي. الأسطوانة المائلة المقلوبة هي أسطوانة تعمل بزاوية ميل نحو الأسفل. تُستخدم هذه المصطلحات عمومًا مع أنواع المحركات المذكورة أعلاه. وبالتالي، قد يكون لدينا محرك ذو أسطوانة رئيسية أفقية، أو محرك مركب مائل، وما إلى ذلك.

تُعدّ الأسطوانات المائلة والأفقية مفيدةً للغاية في السفن الحربية، إذ يُسهم تصميمها في خفض ارتفاع المحرك قدر الإمكان، ما يجعله أقل عرضةً للتلف. ^{[ 51 ]} كما يُمكن استخدامها في السفن ذات التصميم المنخفض أو للحفاظ على مركز ثقل السفينة منخفضًا. إضافةً إلى ذلك، تتميز الأسطوانات المائلة أو الأفقية بتقليل الاهتزازات مقارنةً بالأسطوانات الرأسية.

يُدير المحرك المُسنّن، أو ما يُعرف بـ"اللولب المُسنّن"، المروحة بسرعة دوران مختلفة عن سرعة دوران المحرك. كانت محركات المراوح البحرية القديمة مُسنّنة بأعلى سرعة دوران، أي أن المروحة كانت مُسنّنة لتدور بسرعة دوران أعلى من سرعة دوران المحرك نفسه. ^{[ 52 ] [ 53 ]} ومع ازدياد سرعة وقوة المحركات خلال النصف الثاني من القرن التاسع عشر، تم الاستغناء عن التروس بشكل شبه كامل، وأصبحت المروحة تدور بنفس سرعة دوران المحرك. يُعدّ هذا الترتيب ذو الدفع المباشر الأكثر كفاءة ميكانيكيًا، وتُناسب محركات البخار الترددية سرعة الدوران الأكثر كفاءة للمراوح اللولبية.