1764年，學校讓瓦特修理壹臺紐蓋特蒸汽機。在修理過程中，瓦特熟悉了蒸汽機的結構和原理，發現了這種蒸汽機的兩大缺點:活塞動作不連續且緩慢，蒸汽利用率低，原材料浪費。後來，瓦特開始思考改進的方法。直到1765的春天，在壹次散步時，瓦特想。瓦特想出了使用獨立冷凝器的最初想法。
產生這個想法後，瓦特在同年設計了壹臺帶有獨立冷凝器的蒸汽機。根據設計，冷凝器和氣缸之間有壹個調節閥，這樣它們可以連接和分離。這樣就可以將做功後的蒸汽引入缸外的冷凝器，在缸內產生同樣的真空，避免了缸在制冷制熱過程中的熱量消耗。根據瓦特的理論，這種新蒸汽機的熱效率將是紐科門蒸汽機的熱效率。三次。理論上，瓦特的帶分離器和冷凝器的蒸汽機明顯優於紐科門的蒸汽機。但是，把理論的東西變成實際的東西，把圖紙上的蒸汽機變成真正的蒸汽機，還有很長的路要走。瓦特曾努力建造過幾臺蒸汽機，但效果都不如紐科門的蒸汽機。它甚至到處漏氣。它無法啟動。雖然由於昂貴的實驗，他負債累累，但他不怕困難。繼續實驗。當布萊克知道瓦特的目標和困難處境後，他把瓦特介紹給了壹個非常富有的朋友——化學技師羅巴克。那時，羅巴克是壹個非常富有的企業家。他在蘇格蘭的卡隆開辦了第壹家大型煉鐵廠。雖然羅巴克當時已年近50，但他仍然對科技新發明傾註了極大的熱情。他非常欣賞瓦特的新裝置，當時他才三十多歲。他立即與瓦特簽訂了合同。
從1766開始，在三年多的時間裏，瓦特克服了材料和工藝上的困難，終於在1769做出了第壹臺樣機。同年，瓦特因為發明了冷凝器，在革新紐科門蒸汽機的過程中獲得了他的第壹個專利。雖然第壹臺帶冷凝器的蒸汽機試制成功，但除了熱效率顯著外，與紐科門蒸汽機相比。
蒸汽機的銷售
因為瓦特的蒸汽機還不理想，市場不廣。當瓦特繼續探索時，羅巴克本人也瀕臨破產。他把瓦特介紹給他的朋友、工程師兼企業家博爾頓，這樣瓦特就可以得到贊助，繼續他的研發工作。博爾頓四十多歲時是壹名能幹的工程師和企業家。他欣賞瓦特的創新精神，願意贊助瓦特·波頓經常參加社會活動。當時，他是伯明翰著名科學協會[月亮協會]的主要成員之壹。這個社團的大部分參與者是當地的科學家、工程師、學者和科學愛好者。經過博爾頓的介紹，瓦特也參加了月球協會。在月球學會的活動中，瓦特了解了更多當時人們關註的氣體化學和熱化學，為他後來參與水的化學成分的爭論奠定了基礎。
瓦特自與波頓合作以來，在資金、設備和材料方面都得到了大力支持。瓦特還生產了兩臺帶有獨立冷凝器的蒸汽機。因為沒有明顯的改進，這兩臺蒸汽機並沒有引起社會的重視。這兩臺蒸汽機耗資巨大，使得博爾頓瀕臨破產。不過，他還是慷慨地贊助了瓦特。在他的支持下，瓦特堅持不懈地繼續他的研究。從1769開始，他就試帶了。在分離式冷凝器的蒸汽機樣機之後，瓦特看到熱效率低並不是他的蒸汽機的主要缺點，而根本的限制是活塞只能做直線往復運動。2008+0781年，瓦特還在參加圓月社的活動。也許是在聚會上，成員們提到了當年天文學家赫歇爾發現的天王星和行星圍繞太陽的圓周運動啟發了他。也許是鐘裏的齒輪。活塞的圓周運動啟發了他。他認為把活塞的往復直線運動轉變為旋轉圓周運動，就可以把動力傳遞給任何工作機器。同年，他研制了壹種叫做“太陽和行星”的齒輪聯動裝置。最後，活塞的往復直線運動轉化為齒輪的旋轉運動。為了增加輪軸轉軸的慣性，圓周運動更加均勻。瓦特還在輪軸上安裝了壹個火飛輪。由於傳統機制的重量，偉大的創新。瓦特的蒸汽機真的成了可以驅動壹切的動力機。0年底，瓦特獲得了發明齒輪和拉桿的機械連接裝置的第二項專利。38660 . 68686868661
由於這種蒸汽機裝有車軸和飛輪，此時的蒸汽機在將活塞的往復直線運動轉化為車軸的旋轉運動時，消耗了大量的能量。這樣蒸汽機的效率不是很高，功率也不是很大。為了進壹步提高蒸汽機的效率，增加蒸汽機的效率，瓦特在發明了齒輪連桿機構後，對汽缸本身進行了研究。他發現，雖然他把紐科門蒸汽機的內部冷凝改成了外部冷凝，但他做到了。蒸汽機的熱效率有了顯著的提高。然而，他的蒸汽機中由蒸汽驅動的活塞的沖程過程與紐科門蒸汽機並無不同。兩者中的蒸汽都是單壹的運動。蒸汽從壹端進入，從另壹端出來。他認為，如果蒸汽能從兩端進入和排出，就能推動活塞上下運動。那麽，他的效率可以翻倍。瓦特按照這個思路. 10438+0782。制造了壹種帶有雙向裝置的新氣缸。瓦特獲得了他的第三項專利。將原來的單缸裝置改造成雙向缸，並首次將引入缸內的蒸汽由低壓蒸汽改為高壓蒸汽。這是瓦特在改進紐科門蒸汽機過程中的第三次飛躍。通過這三次技術飛躍，紐科門蒸汽機完全演變為瓦特蒸汽機。
從最初接觸蒸汽技術到瓦特蒸汽機的研制成功，瓦特走過了20多年的艱難歷程。盡管瓦特多次受挫失敗，但他仍然堅持不懈，鍥而不舍。最後，他完成了紐科門蒸汽機的三項創新，使蒸汽機得到了更廣泛的應用，成為改造世界的動力。
1784年，瓦特在用飛輪、齒輪連桿和雙向裝置綜合組裝高壓蒸汽機改造紐科門蒸汽機的過程中獲得了他的第四項專利。1788年，瓦特發明了離心調速器和節流閥，1790年，他發明了汽缸指示器。至此，瓦特完成了蒸汽機發明的全過程。