氣缸後閥門被關閉，然後冷水被撒入汽缸，蒸汽凝結時造成真空。活塞另一面的空氣壓力推動活塞。在礦井中聯結一根深入豎井的杆來驅動一個泵。蒸汽機活塞的運動透過這根杆傳到泵的活塞來將水抽到井外。
第一個巨大的改善是將氣缸與凝結缸透過一個閥門分開。瓦特在伯明翰發明了這個改進。這個改進提高了蒸汽機的效率。下一個改進是將閥門的操作自動化。
這些早期的真空蒸汽機的效率有限，但它們比較安全，因為它們的壓力比較低，在物質發生損壞的情況下機器向內收縮，而不是向外爆炸。它們的效率受外部氣壓、氣缸變形、燃燒和沸騰的效率和凝結能力的限制。理論最高效率受水在普通大氣壓下比較低的沸騰溫度限制。使用高溫高壓的蒸汽為蒸汽機的效率帶來了巨大的提高。但這種蒸汽機比真空蒸汽機危險得多。鍋爐和機器的爆炸造成了許多大事故。安全閥在這裡帶來了很大的改進，在壓力過高的情況下安全閥放氣減壓。但真正保證安全只有依靠建造、執行和維護的經驗和安全規則。
帝國大學聘請的來自全世界各地的科學家很多，其中便有剛剛畢業荷蘭萊頓大學的薩佛利。薩佛利是英國人，為了求學而到荷蘭就讀的。他是礦工家庭出身，父親在倫敦的一家採礦公司當工頭。在英國，此時已經開始使用蒸汽機了，只不過蒸汽機並沒有推廣開，不為世人所熟知而已。不巧的是，薩佛利小時候就見過蒸汽機，對蒸汽機比較感興趣。因生活所迫他選擇到大明來淘金。大明人在科學方面起步太晚，從萬曆後期才開始大規模學習西方科技，而一個簡單的蒸汽機卻需要很多知識來配合，工程署的技師文化水平很低，急需學習。
這樣，海軍部不得不跑到帝國大學求教，�