К этому же времени паровая машина Ньюкомена постепенно нашла применение не только в угольных копях, где стоимость топлива и количество его расходования паровой машиной не имело существенного значения, но и в других отраслях, где каменный уголь приходилось покупать. Поэтому, чем шире применялась эта машина, тем острее вставал вопрос об её экономичности.

Обе эти проблемы – необходимость повышения мощности и экономичности паровой машины широко обсуждались изобретателями, инженерами и учёными. Многие брались за их решение. Мы остановимся на Тривальде, Смитоне и Уатте.

М. Тривальд был широко известным учёным середины XVIII в. Его можно назвать даже модным учёным, потому что он придерживался весьма распространённых, но ошибочных взглядов того времени на природу тепла и пара. Он считал, что в горючих веществах содержится некий флогистон (теплород), который освобождается в процессе горения и распространяется, создавая тепло. Пар М. Тривальд считал влажным воздухом, распространённым в воде в огромных количествах. Исходя из таких воззрений, он разработал проект, по которому в Даннеморских рудниках (Швеция) была построена самая большая паровая машина Ньюкомена. Тривальд считал, что она будет самой мощной машиной, поскольку имеет самый мощный диаметр поршня. Однако машину не удалось даже запустить в действие. Она имела сравнительно небольшой котёл и, вопреки уверениям Тривальда "влажного воздуха" (пара) в небольшом котле оказалось совершенно недостаточно, чтобы наполнить громадный цилиндр, и машина не смогла работать.

Знаменитый шотландский инженер Джон Смитон взялся за совершенствование машины Ньюкомена в 1763 г. Он решил проверить с помощью инженерных расчётов, насколько целесообразно соотношение отдельных частей машины Ньюкомена. Наблюдая за работой различных паровых машин и используя статистические данные о расходе ими каменного угля в единицу времени, сопоставляя размеры топок с размерами котлов и паровых цилиндров, а также меняя длину плеч у балансира, Смитон нашёл оптимальное соотношение всех конструктивных элементов машины Ньюкомена и сумел значительно повысить её мощность.

Смитон обратил внимание, что расход топлива зависит от температуры воздуха в котельной и от степени охлаждения цилиндра. Он ввёл теплоизоляцию парового цилиндра с помощью деревянного кожуха.

Сравнивая расход топлива в различных режимах работы котла, Смитон пришёл к выводу о целесообразности снижения форсировки. С этой целью он стал конструировать паровые машины с двумя и тремя паровыми котлами на один цилиндр.

Важным достижением Смитона считается создание специального расточного станка, на котором обрабатывались цилиндры его паровых машин.

Все эти меры позволили Смитону повысить КПД своих машин с 0,6% до 1%, а расход топлива на 1 л.с. в час понизить до 25 кг каменного угля. Эти усовершенствования позволили английским шахтовладельцам ещё 10 лет сохранять своё производство, углубляясь в недра земли, однако не дали коренного решения проблемы.

Усовершенствованная Смитоном паровая машина получила дальнейшее распространение в различных отраслях производства и в разных странах. Одна такая машина в 1777 г. была установлена в Кронштадте. Она имела три котла и приводила в движение насос, который откачивал воду из бассейна канала Петра Великого. Так в Кронштадте назывался док, в котором ремонтировали подводные части кораблей. Корабль входил в канал, после чего открывались ворота, и вода самотёком быстро уходила в бассейн, расположенный ниже уровня моря. В считанные минуты днище корабля обнажалось для ремонта, но воду из бассейна нужно было выкачать, чтобы принять в ремонт следующий корабль. Для этого и использовался насос, приводимый в действие паровой машиной смитоновской конструкции.