Prinsip reka bentuk pam Roots telah dicipta pada tahun 1848 oleh Isaiah Davies, tetapi ia hanya dilaksanakan dalam praktik 20 tahun kemudian oleh orang Amerika Francis dan Philander Roots. Pada mulanya, pam-pam tersebut digunakan sebagai penghembus untuk motor pembakaran. Kemudian, dengan membalikkan susunan pemacu, prinsip itu digunakan dalam meter gas. Hanya sejak tahun 1954 prinsip ini telah digunakan dalam kejuruteraan vakum. Pam akar digunakan dalam kombinasi pam bersama dengan pam sokongan (pam bilah berputar atau pam kering) dan memperluas julat operasinya jauh ke dalam julat vakum sederhana. Dengan pam Roots dua peringkat, ini meluas ke dalam julat vakum tinggi. Prinsip operasi pam Roots membolehkan pemasangan unit yang mempunyai kelajuan pam yang sangat tinggi (melebihi 100,000 m3/j) yang sering kali lebih ekonomik untuk beroperasi berbanding pam ejektor wap yang beroperasi dalam julat yang sama.

Pam vakum Roots (lihat Rajah. 2,17) adalah sejenis pam pemindahan positif berputar di mana dua impeller berbentuk simetri berputar di dalam casing pam berdekatan antara satu sama lain. Dua rotor mempunyai keratan rentas yang menyerupai bentuk angka 8 dan diselaraskan oleh gear bertaring. Jarak antara rotor dan dinding casing serta antara rotor itu sendiri hanya berjumlah beberapa persepuluh milimeter. Oleh sebab itu, pam Roots boleh beroperasi pada kelajuan tinggi tanpa kehausan mekanikal. Berbeza dengan pam vane berputar dan pam kering, pam Roots tidak menggunakan penyegelan minyak, sehingga kebocoran dalaman pam pemampat kering secara reka bentuk menghasilkan fakta bahawa nisbah pemampatan hanya dalam julat 10 – 100 dapat dicapai. Kebocoran dalaman pam Roots, dan juga pam pemampat kering yang lain, adalah berdasarkan kepada hakikat bahawa disebabkan oleh prinsip operasi, kawasan permukaan tertentu dalam ruang pam diperuntukkan kepada sisi pengambilan dan sisi pemampatan pam secara bergilir. Semasa fasa pemampatan, kawasan permukaan ini (rotor dan casing) dibebani dengan gas (lapisan sempadan); semasa fasa sedutan, gas ini dilepaskan. Ketebalan lapisan gas yang bergerak bergantung kepada jarak antara dua rotor dan antara rotor dengan dinding casing. Oleh kerana keadaan terma yang agak kompleks dalam pam Roots, adalah tidak mungkin untuk membuat pertimbangan berdasarkan keadaan sejuk. Ruang yang paling kecil dan dengan itu aliran balik yang paling rendah dicapai pada tekanan operasi dalam lingkungan 1 mbar. Oleh itu, adalah mungkin untuk mencapai nisbah mampatan tertinggi di kawasan ini, tetapi julat tekanan ini juga paling kritikal memandangkan hubungan antara rotor dan casing. 

Tonton video di bawah untuk melihat animasi pam akar yang berfungsi.

Kuantiti gas Q_eff yang dipam secara efektif oleh pam Roots dikira daripada kuantiti gas yang dipam secara teori Qth dan kebocoran dalaman QiR (sebagai kuantiti gas yang hilang) seperti berikut:

Yang berikut terpakai kepada kuantiti gas yang dipam secara teori: 

di mana pa adalah tekanan pengambilan dan Sth adalah kelajuan pam teoritis. Ini seterusnya adalah hasil daripada isipadu pam VS dan kelajuan n: 

Begitu juga, kebocoran dalaman QiR dikira sebagai: 

di mana p_V adalah tekanan forevacuum (tekanan di sisi forevacuum) dan S_iR adalah kelajuan pam "reflow" (notional) dengan 

iaitu hasil daripada kelajuan n dan jumlah kebocoran dalaman V_iR. 

Kecekapan volumetrik pam Roots diberikan oleh (2,10) 

Dengan menggunakan persamaan 2,5, 2,6, 2,7 dan 2,8, seseorang memperoleh (2,11)

Apabila menetapkan pemampatan p_v/p_a sebagai k, seseorang memperoleh 

Pemampatan maksimum dicapai pada throughput sifar (lihat PNEUROP dan DIN 28 426, Bahagian 2). Ia ditandakan sebagai k0: (2,12)

k₀ adalah kuantiti ciri untuk pam Roots yang biasanya dinyatakan sebagai fungsi tekanan forevacuum p_V (lihat Rajah. 2,18). 
k₀ juga bergantung (sedikit) pada jenis gas. 

Untuk kecekapan pam Roots, persamaan yang secara umum sah digunakan: (2,13) 

Biasanya pam Roots akan beroperasi bersama dengan pam vakum kasar hiliran yang mempunyai kelajuan pam nominal S_V. Persamaan Keterusan memberikan: (2,14) 

Dari ini (2,15) 

Nisbah S_th/S_V (kelajuan pam teoritis pam Roots / kelajuan pam sokongan) disebut sebagai gradasi k_th. Dari (2,15) diperoleh (2,16) 

Persamaan (2,16) menunjukkan bahawa pemampatan k yang boleh dicapai dengan pam Roots mesti sentiasa kurang daripada gred k_th antara pam Roots dan pam sokongan kerana kecekapan volumetrik sentiasa < 1. Apabila menggabungkan persamaan (2,13) dan (2,16), seseorang memperoleh untuk kecekapan ungkapan yang terkenal (2,17) 

Kuantiti ciri yang terdapat dalam persamaan 2,17 hanya untuk gabungan pam Roots dan pam sokongan, iaitu pemampatan maksimum k₀ pam Roots dan penggredan kth antara pam Roots dan pam sokongan. 

Dengan bantuan persamaan di atas, lengkung kelajuan pam bagi kombinasi pam Roots dan pam sokongan yang diberikan boleh dikira. Untuk ini, yang berikut mesti diketahui: 

a) kelajuan pam teoritis bagi pam Roots: S_th
b) maksimum. pemampatan sebagai fungsi tekanan vakum awal: k0 (p_V) 
c) ciri kelajuan pam bagi pam sokongan S_V (p_V) 

Cara pengiraan dilakukan boleh dilihat dalam Table 2,3 memberikan data untuk gabungan pam Roots RUVAC WA 2001 / E 250 (pam plunger putar satu peringkat, beroperasi tanpa balast gas). 

Dalam ini yang berikut diambil untuk S_th: 

Kaedah yang dinyatakan di atas juga boleh digunakan untuk susunan yang terdiri daripada pam putar sebagai pam sokongan dan beberapa pam Roots yang disambungkan secara siri, sebagai contoh. Pada mulanya, seseorang menentukan – selaras dengan kaedah iterasi – ciri pam penggerak bagi pam sokongan dan pam Roots pertama, dan kemudian mempertimbangkan gabungan ini sebagai pam sokongan untuk pam Roots kedua dan seterusnya. Sudah tentu, adalah diperlukan bahawa kelajuan pam teoritis bagi semua pam dalam susunan tersebut diketahui dan bahawa pemampatan pada aliran sifar k₀ sebagai fungsi tekanan sokongan juga diketahui. Seperti yang telah dinyatakan, ia bergantung kepada proses vakum yang mana penggredan yang paling sesuai. Ia mungkin menjadi kelebihan apabila pam sokongan dan pam Roots kedua-duanya mempunyai kelajuan pam yang sama dalam julat vakum kasar. 

Pemampatan dalam pam Roots dilakukan melalui pemampatan luaran dan disebut sebagai pemampatan isokor. Pengalaman menunjukkan bahawa persamaan berikut adalah hampir tepat: 

Untuk menentukan jumlah kuasa (dikenali sebagai output aci) pam, kehilangan kuasa mekanikal NV (contohnya dalam meterai galas) mesti diambil kira: (2,19) 

Kerugian kuasa yang diringkaskan dalam N_V adalah - seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman - kira-kira berkadar dengan Sth, iaitu: 

Bergantung kepada jenis pam dan reka bentuknya, nilai pemalar tersebut adalah antara 0,5 dan 2 Wh / m³. 
Jumlah kuasa adalah seperti berikut: 

Persamaan nilai numerik yang sepadan yang berguna untuk pengiraan adalah: 

dengan p_v, p_a dalam mbar, S_th dalam m³ / h dan pemalar "const." berada antara 18 dan 72 mbar.  

Jumlah kuasa yang ditarik oleh pam menentukan suhunya. Jika suhu meningkat melebihi tahap tertentu, yang ditentukan oleh perbezaan tekanan maksimum yang dibenarkan p_V – p_a, terdapat bahaya bahawa rotor mungkin tersekat dalam casing akibat pengembangan terma mereka. Perbezaan tekanan maksimum yang dibenarkan Δp_max dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut: tekanan pra-vakum atau tekanan mampatan pV, kelajuan pam pam sokongan S_V, kelajuan pam Roots n, penggredan k_th dan eksponen adiabatik κ bagi gas yang dipam. Δpmax meningkat apabila p_V dan S_V meningkat dan menurun apabila n dan k_th meningkat. Oleh itu, perbezaan maksimum antara tekanan forevacuum dan tekanan pengambilan, p_V-p_a mesti - semasa operasi berterusan - tidak melebihi nilai tertentu bergantung kepada jenis pam. Nilai-nilai tersebut berada dalam julat antara 130 dan 50 mbar. Walau bagaimanapun, perbezaan tekanan maksimum yang dibenarkan untuk operasi berterusan mungkin melebihi untuk tempoh yang singkat. Dalam kes reka bentuk khas, yang menggunakan penyejukan gas, sebagai contoh, perbezaan tekanan tinggi juga dibenarkan semasa operasi berterusan.

Motor yang dipasang pada flang standard digunakan sebagai pemacu. Penyambungan aci dilindungi oleh dua penyegel aci radial yang kedap minyak yang beroperasi pada bushing tahan aus untuk melindungi aci penggerak. Motor flang dengan sebarang kelas perlindungan, voltan atau frekuensi boleh digunakan. 

Kedap bocor integral versi ini adalah < 10^-4 mbar · l · s^-1.  

Dalam kes keperluan kebocoran yang lebih baik iaitu < 10^-5 mbar · l · s^-1, pam Roots dilengkapi dengan motor terkurung. Rotor diletakkan dalam vakum pada aci pemacu pam dan dipisahkan dari stator oleh tiub bukan magnet yang kedap vakum. Kedua-dua gegelung stator disejukkan oleh kipas yang mempunyai motor penggerak sendiri. Oleh itu, penyegel aci yang mungkin terdedah kepada keausan tidak lagi diperlukan. Penggunaan pam Roots yang dilengkapi dengan motor terkurung adalah sangat disyorkan apabila mengepam gas dan wap yang sangat murni, toksik atau radioaktif. 

 Dalam kes pam Roots standard, langkah-langkah mesti diperkenalkan untuk memastikan bahawa perbezaan tekanan maksimum yang dibenarkan antara port pengambilan dan port ekzos akibat sekatan reka bentuk tidak melebihi. Ini dilakukan sama ada melalui suis tekanan, yang menghidupkan dan mematikan pam Roots bergantung kepada tekanan pengambilan, atau dengan menggunakan perbezaan tekanan atau injap limpahan dalam laluan bypass pam Roots (Rajah. Penggunaan injap limpahan dalam laluan pintasan pam Roots adalah penyelesaian yang lebih baik dan lebih boleh dipercayai. Berat dan injap yang dimuatkan dengan spring ditetapkan kepada perbezaan tekanan maksimum yang dibenarkan bagi pam tertentu. Ini memastikan bahawa pam Roots tidak terbeban dan boleh beroperasi dalam mana-mana julat tekanan. Dalam praktiknya, ini bermakna bahawa pam Roots boleh dihidupkan, bersama dengan pam sokongan, pada tekanan atmosfera. Dalam proses ini, sebarang peningkatan tekanan tidak akan memberi kesan buruk kepada operasi gabungan, iaitu pam Roots tidak akan dimatikan dalam keadaan sedemikian. 

Dalam kes pam Roots dengan penyejukan pra-kemasukan (Rajah. 2,22), proses pemampatan pada dasarnya adalah sama seperti pam Roots biasa. Oleh kerana perbezaan tekanan yang lebih besar dibenarkan, lebih banyak kuasa terpasang diperlukan, yang pada kelajuan yang diberikan dan perbezaan tekanan antara port masuk dan pelepasan adalah secara langsung berkadar dan terdiri daripada kerja teori yang dilakukan pada pemampatan dan pelbagai kehilangan kuasa. Proses pemampatan berakhir secara normal selepas pembukaan ruang pam ke arah port pelepasan. Pada saat ini, gas gas yang dipanaskan pada tekanan lebih tinggi mengalir ke dalam ruang pam dan memampatkan volume gas yang diangkut. Proses pemampatan ini dilakukan terlebih dahulu dalam kes penyejukan pra-kemasukan. Sebelum rotor membuka ruang pam ke arah port pelepasan, gas yang dimampatkan dan disejukkan mengalir ke dalam ruang pam melalui saluran pra-kemasukan. Akhirnya, rotor mengeluarkan medium yang dipam melalui port pelepasan. Gas yang telah disejukkan, yang dalam kes pemampatan satu peringkat diambil dari atmosfera dan dimasukkan dari penyejuk pra-pengambilan, dan yang dalam kes sistem pam berbilang peringkat diambil dari penyejuk gas hiliran, melakukan pra-pemampatan dan mengeluarkan melalui "penyejukan dalaman" haba pemampatan pada saat ia berlaku.