משאבת ואקום Roots פועלת על פי עיקרון פשוט אך יעיל ביותר. המנגנון הפנימי שלה מעביר גז מפתח כניסה לשקע מבלי לדחוס אותו בתוך תא המשאבה. תהליך זה מסתמך על תנועה מסונכרנת של מספר חלקים מרכזיים הפועלים בהרמוניה מושלמת.
מחזור הפעולה בן ארבעת השלבים
פעולת השאיבה מתרחשת במחזור רציף בן ארבעה שלבים, החוזר על עצמו אלפי פעמים בדקה. רוטורים מודרניים יכולים להסתובב במהירויות של 3,000 עד 6,000 סל"ד. מהירות גבוהה זו מאפשרת למשאבה להזיז כמויות גדולות של גז במהירות רבה.
יניקה: כאשר שני הרוטורים בעלי האונות מסתובבים בכיוונים מנוגדים, נפתח כיס של חלל בפתח הכניסה של המשאבה. גז מתא הוואקום זורם לתוך נפח מתרחב זה.
בידוד: קצה אונת הרוטור עובר דרך פתח הכניסה. פעולה זו לוכדת נפח מסוים של גז בין הרוטור לבית המשאבה.
העברה: כיס הגז הלכוד נסחף לאחר מכן על פני פנים המארז לכיוון היציאה. מאפיין מרכזי של משאבת הוואקום Roots הוא שהיא אינה דוחסת גז זה במהלך ההעברה. פעולה זו, ללא מגע וללא שמן, הופכת אותה לחסרת רגישה לכמויות קטנות של אבק או אדי מים.
פליטה: הרוטור ממשיך להסתובב, וחושף את כיס הגז לפתח היציאה. לאחר מכן הגז מתפשט אל צינור הפליטה, שם משאבת גיבוי מסירה אותו מהמערכת. מחזור זה חוזר על עצמו, תוך הזזת גז ברציפות מהכניסה ליציאה ומורידה את לחץ המערכת.
הערה: למרות יעילותה הגבוהה עבור גזים רבים, יכולת היניקה של משאבת Roots נמוכה יותר עבור גזים קלים מאוד כמו מימן בהשוואה לסוגי משאבות אחרים.
רכיבים מרכזיים ותפקידיהם
הביצועים האמינים של משאבת Roots תלויים בכמה רכיבים קריטיים שתוכננו בדיוק רב.
רוטורים: המשאבה כוללת שני רוטורים משולבים בעלי אונות (לעתים קרובות בצורת ספרה שמונה). הצורה, או הפרופיל, של אונות אלה משפיעים ישירות על הביצועים. עיצובים שונים מציעים פשרות בין מהירות שאיבה ליעילות. רוטורים סליליים, לדוגמה, מסייעים בהפחתת פעימות לחץ ורעש תפעולי.

בית (Casing): זהו הגוף החיצוני העוטף את הרוטורים. הוא בנוי לעמוד בהפרשי הלחצים בין מערכת הוואקום לאטמוספירה. החומר המשמש למבנה הבית והרוטורים תלוי בדרישות היישום לעמידות בפני קורוזיה, חוזק ועלות.

גלגלי תזמון: גלגלי תזמון, הממוקמים מחוץ לתא השאיבה, חיוניים. הם מסנכרנים את שני הרוטורים, ומבטיחים שהם מסתובבים בכיוונים מנוגדים מבלי לגעת זה בזה או בגוף המשאבה. סנכרון זה הוא בסיסי לפעולה ללא מגע של המשאבה.

אטמי פיר: אטמים מונעים דליפת אוויר לתא הוואקום ומונעים זיהום של חומרי סיכה בתהליך. בחירת האטם תלויה ברמת הוואקום הנדרשת וביישום.

חשיבותם של מרווחים מדויקים

המונח "מרווח" מתייחס לפערים הזעירים והמחושבים בין הרוטורים ובין הרוטורים למארז. פערים אלה הם סוד הצלחת המשאבה. הם מאפשרים לרוטורים להסתובב במהירויות גבוהות ללא חיכוך, מה שמספק יתרונות רבים:
הפעלה מהירה
צריכת חשמל נמוכה
מהירות שאיבה גבוהה
עלויות תפעול ותחזוקה נמוכות
עם זאת, יש לנהל את המרווחים הללו בצורה מושלמת. במהלך הפעולה, המשאבה מייצרת חום. חום זה גורם לרכיבי המתכת להתרחב, תהליך המכונה התפשטות תרמית. ככל שהרוטורים והבית מתרחבים, המרווחים ביניהם מתכווצים.
אזהרה: אם מרווחים קטנים מדי עקב התפשטות תרמית או הרכבה שגויה, הרוטורים עלולים לבוא במגע זה עם זה או עם המארז. זה מוביל לחיכוך, נזק לרכיבים, עומס מוגבר על המנוע ותקיעות אפשרית של המשאבה. לעומת זאת, מרווחים גדולים מדי מאפשרים לגז לדלוף אחורה מהיציאה לכניסה, מה שמפחית קשות את יעילות המשאבה.
הנדסה ובחירת חומרים נכונים מבטיחים שמשאבת ואקום Roots תשמור על מרווחי טמפרטורות אופטימליים לאורך טווח טמפרטורות ההפעלה שלה, ותספק ביצועים אמינים ויעילים.