Rootsova vakuumska črpalka deluje na preprostem, a zelo učinkovitem principu. Njen notranji mehanizem premika plin od vhoda do izhoda, ne da bi ga stiskal v komori črpalke. Ta postopek temelji na sinhroniziranem gibanju več ključnih delov, ki delujejo v popolni harmoniji.
Štiristopenjski operativni cikel
Črpanje poteka v neprekinjenem štiristopenjskem ciklu, ki se ponovi tisočkrat na minuto. Sodobni rotorji se lahko vrtijo s hitrostjo od 3000 do 6000 vrtljajev na minuto. Ta visoka hitrost omogoča črpalki zelo hitro premikanje velikih količin plina.
Sesalni tok: Ko se oba rotorja z režami vrtita v nasprotnih smereh, se na vhodu črpalke odpre žep prostora. Plin iz vakuumske komore teče v ta širijoči se volumen.
Izolacija: Konica rotorskega rebra prehaja skozi dovodno odprtino. To dejanje ujame določeno količino plina med rotorjem in ohišjem črpalke.
Prenos: Ujeti plinski žep se nato pomika čez notranjost ohišja proti izhodu. Ključna značilnost vakuumske črpalke Roots je, da med prenosom tega plina ne stiska. Zaradi tega brezkontaktnega delovanja brez olja je neobčutljiva na majhne količine prahu ali vodne pare.
Izpuh: Rotor se še naprej vrti in izpostavlja žep plina izhodni odprtini. Plin se nato razširi v izpušni vod, kjer ga povratna črpalka odstrani iz sistema. Ta cikel se ponavlja, pri čemer se plin nenehno premika od vhoda do izhoda in znižuje tlak v sistemu.
Opomba: Čeprav je Rootsova črpalka zelo učinkovita za številne pline, je sesalna sposobnost pri zelo lahkih plinih, kot je vodik, nižja v primerjavi z drugimi vrstami črpalk.
Ključne komponente in njihove funkcije
Zanesljivo delovanje Rootsove črpalke je odvisno od nekaj ključnih komponent, ki so izdelane z visoko natančnostjo.
Rotorji: Črpalka ima dva prepletena rotorja z režami (pogosto oblikovana kot osmica). Oblika oziroma profil teh rež neposredno vpliva na delovanje. Različne zasnove ponujajo kompromise med hitrostjo črpanja in učinkovitostjo. Vijačni rotorji na primer pomagajo zmanjšati pulziranje tlaka in hrup med delovanjem.

Ohišje (Casing): To je zunanje telo, ki obdaja rotorje. Zgrajeno je tako, da prenese tlačne razlike med vakuumskim sistemom in atmosfero. Material, uporabljen za ohišje in rotorje, je odvisen od zahtev uporabe glede odpornosti proti koroziji, trdnosti in stroškov.

Krmilni zobniki: Krmilni zobniki, ki se nahajajo zunaj črpalne komore, so bistveni. Sinhronizirajo oba rotorja in zagotavljajo, da se vrtita v nasprotnih smereh, ne da bi se kdaj dotaknila drug drugega ali ohišja. Ta sinhronizacija je bistvena za brezkontaktno delovanje črpalke.

Tesnila gredi: Tesnila preprečujejo uhajanje zraka v vakuumsko komoro in preprečujejo, da bi maziva kontaminirala postopek. Izbira tesnila je odvisna od zahtevane ravni vakuuma in uporabe.

Pomen natančnih razdalj

Izraz "razmik" se nanaša na drobne, izračunane reže med rotorji ter med rotorji in ohišjem. Te reže so skrivnost uspeha črpalke. Omogočajo, da se rotorji vrtijo z visokimi hitrostmi brez trenja, kar zagotavlja številne prednosti:
Hiter zagon
Nizka poraba energije
Visoka hitrost črpanja
Nizki stroški delovanja in vzdrževanja
Vendar pa je treba te razmike brezhibno obvladovati. Med delovanjem črpalka proizvaja toploto. Ta toplota povzroči širjenje kovinskih komponent, proces, znan kot toplotno raztezanje. Ko se rotorji in ohišje raztezajo, se razmiki med njimi krčijo.
Opozorilo: Če so razmiki zaradi toplotnega raztezanja ali nepravilne montaže premajhni, se lahko rotorji stikajo med seboj ali z ohišjem. To vodi do trenja, poškodb komponent, povečane obremenitve motorja in morebitne blokade črpalke. Nasprotno pa preveliki razmiki omogočajo uhajanje plina nazaj od izhoda do vhoda, kar močno zmanjša učinkovitost črpalke.
Pravilna inženiring in izbira materialov zagotavljata, da vakuumska črpalka Roots ohranja optimalne razmike v celotnem območju delovne temperature, kar zagotavlja zanesljivo in učinkovito delovanje.