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罗茨鼓风机是由美国人Francis Roots和Philander Roots兄弟俩于1854年发明，故用罗茨命名，这是目前我国压缩机中唯一保留以人名称呼的类型。罗茨鼓风机其排气压力一般低于0.2MPa，故一般称为罗茨鼓风机。罗茨鼓风机起初只用于正压鼓风，后来应用到真空领域，演化出真空泵（负压罗茨鼓风机）。
罗茨真空泵的用途非常广泛，在工作特性和结构设计上，与罗茨鼓风机并没有本质的区别。因此，通常将罗茨真空泵纳入罗茨鼓风机的范畴进行讨论，需要区分时，分别称呼为罗茨鼓风机、罗茨真空泵（或负压罗茨鼓风机）。
1.基本结构
罗茨鼓风机的基本结构简图如图3-137所示，主要由机壳、转子、同步齿轮等部件组成。截面形状长圆形的气缸里平行安装着一对形状相同、相互啮合的转子，气缸机壳上开设有进、排气孔口。两转子通过传动比为1 的同步齿轮带动，以同步等速反向旋转。
1—转子；2—机壳；3—同步齿轮
图3-137 罗茨鼓风机基本结构简图
2.工作原理
转子叶片和气缸壁形成的基元容积如图3-138所示。两个转子按图示方向旋转，气体从进气孔口吸入，随着转子的旋转，气体被封闭在基元容积中，在基元容积与排气孔口连通的一瞬间，排气侧高压气体向基元容积内回流均压实现气体的压缩。
图3-138 罗茨鼓风机基元容积
从罗茨鼓风机的工作原理可以发现，罗茨鼓风机的工作循环没有内压缩过程。当转子顶部越过排气口边缘时，基元容积便与排气侧连通，高压侧气体反冲到基元容积中，使基元容积内的气体突然升高。随着转子的旋转，该基元容积中的气体和反冲气体一起被排出机外。可以说，罗茨鼓风机的压缩过程是瞬间完成的，其压缩过程可看作等容过程。
由于没有内压缩，罗茨鼓风机的等熵效率比具有内压缩的其他各种容积式压缩机要低，排气温度要高。受效率低、排气温度高等不利因素的影响，罗茨鼓风机的压比受到限制，一般不超过2。
效率低、排气温度高及单级压比低，是罗茨鼓风机的突出缺点，它们皆因无内压缩引起。
以一个基元容积为例。相对于其他回转式压缩机，罗茨鼓风机（直叶式转子）没有内压缩过程。如图3-139（a）所示，气体经吸气孔口进入气缸内，随着转子的旋转，图3-139（b）进气在基元容积中被封闭，直至转子外缘接触到排气孔口，开始图3-139（c）的排气过程。在基元容积和排气孔口连通前，因为基元容积并未减小，基元容积中的气体并没有被压缩，压力并未提高。当基元容积和排气孔口连通时，排气侧的高压气体向基元容积有一个反冲的过程，瞬间提高了基元容积内气体的压力，随后和反冲气体一同被排出机体外。
反冲的气体会给罗茨鼓风机带来另一个突出的缺点，就是噪声。这是因为罗茨鼓风机周期性吸气、排气本来就有一定的气流脉动和噪声，再加上反冲气流，使排气腔和排气管内的气流脉动和噪声进一步加重。相对其他回转式压缩机，罗茨鼓风机的噪声问题是较为严重的。
图3-139 罗茨鼓风机循环工作过程
罗茨鼓风机组除主机外，需要配置必要的辅助部件，包括底座、驱动、传动装置、进气过滤消声器、泄压阀、止回阀、隔音罩、冷却器等，如图3-140所示。
1—进气过滤消声器；2—罗茨风机主机；3—电动机；4—泄压阀；5—挠性接头；6—止回阀
图3-140 罗茨鼓风机机组基本配置
1.主机
罗茨鼓风机主机按轴线相对于底座的位置，可分为竖直轴和水平轴两种。
竖直轴[图3-141（a）]的转子轴线垂直于底座，这种结构的装配间隙比较容易控制，各种容量的罗茨鼓风机都有采用。
水平轴的转子轴线平行于底座平面。水平轴又分立式[图3-141（b）；两个转子上下布置]和卧式[图3-141（c）；两个转子左右布置]。立式通常是不超过40m 3 /min的小型鼓风机采用，卧式的通常是40m 3 /min以上的中大型鼓风机采用。卧式的进、排气孔口通常是排气孔口在下部，因为这可利用下部排出压力较高的气体，一定程度上抵消转子和轴的质量。
图3-141 罗茨主机的3种布置形式
2.驱动和传动方式
驱动方式基本上都是电动机驱动，传动方式有电动机直联、带传动、齿轮传动3种形式。
3.密封形式
根据输送气体的不同，而采取不同的密封形式。如输送空气时，可采用涨圈式、迷宫式、填料式及骨架橡胶式轴封装置。而当压送氧气、二氧化碳气体、氢气、氮气时，需使轴承和齿轮箱的润滑油与工作腔完全隔绝，一般采用机械密封装置。
（1）具备强制输气，相对稳定的工作特征。强制输气是容积式压缩机的共同特点，罗茨鼓风机属于容积式，流量几乎不受排气压力的影响（因为内部泄漏的存在，流量随排气压力的增加略有下降）（见图3-142）。
图3-142 罗茨鼓风机示意图
（2）无内压缩过程，导致效率较低、排气温度较高、气流脉动与噪声较大。
在前文已叙述过，压缩基元容积在随转子旋转移动过程中几乎没有变化，可看作是一个等容过程。而其他容积式压缩机，如活塞压缩机、滑片压缩机等，基元容积在被封闭后，随着活塞或转子的运动，封闭的基元容积有明显的容积减少的变化。可以说，罗茨鼓风机是依赖排气侧及管道内的“背压”来实现排气时基元容积的气体压缩。这必然导致气流脉动和噪声都比较大。
为缓解或解决这个问题，增加转子的齿数（叶数）就是其中一个方法，叶数越多，理论上转子一转可形成的基元容积就越多，相对气流脉冲越小，越平缓。在过去，两叶罗茨转子最为常见，在20世纪90年代后，三叶罗茨转子逐渐流行起来，噪声和排气温度有所降低。四叶以上的罗茨转子比较少见。
另外一个方法是将转子的直齿改变为螺旋型的扭齿（称为扭叶）。这能让基元容积与排气腔连通时，延缓气流反冲过程。这种转子和双螺杆的转子有些类似。此外，对齿形做一些改变就能实现一定的内压缩过程。事实上，这的确降低了气流脉动和噪声，但由于加工比较复杂，从根本上来说齿形远不如双螺杆齿形效率高，从实用出发显得并不那么经济，故应用也不是特别多。
此外，在结构设计上还可以采取预进气方式降低排气温度和噪声。预进气就是以低温气体，即经过冷却后与排气压力相等的气体，引入与排气孔口相连之前的封闭基元容积中。其目的，一是降低气体温度，二是可预先将封闭基元容积中的气体压力升高，减小基元容积在连通排气孔口后反冲气流的强度，以此降低噪声。
（3）成本低、可靠性高、寿命长。
罗茨鼓风机零部件少，转子和机体加工都比较方便，加工成本低。由于没有不平衡惯性力，转子可以高速旋转而保持机器平稳运转，振动小。转子间由同步轴承传动，没有接触，转子与气缸也没有接触，除了齿轮、轴承及轴封外，罗茨鼓风机没有其他摩擦磨损件，因此机械效率高，运行可靠性高，寿命长。
（4）可实现无油压缩，允许输送介质中含有微量粉末、颗粒或液滴。
罗茨鼓风机转子间没有接触，因此不需要润滑，可避免输送气体被污染。但齿轮和轴承仍需要采用油润滑，因此在空气品质要求较高时，需要有可靠的密封措施，防止齿轮箱和轴承箱内的润滑油进入工作腔。
罗茨鼓风机转子与气缸之间是依靠间隙密封，泄漏也是比较严重的，因此单级压比不可能高，只能用于低压范围。
1.应用于正压气体压缩
罗茨鼓风机可应用于空气压缩和其他一些气体压缩。我国在1957年就开始制造罗茨鼓风机，国产罗茨鼓风机产业完整，技术已经非常成熟。流量通常为1～250m 3 /min，单级压力通常≤0.12MPa，两级串联时，可达0.2MPa。
在罗茨鼓风机的应用上，冶金行业的窑炉鼓风是罗茨鼓风机的一个典型应用。起到的主要作用是助燃鼓风和烟气排出。另一个典型应用是污水处理厂的污水曝气处理，作用是为水体中的好氧菌提供充分的溶解氧，为搅动曝气池中的混合液提供动力。
由于罗茨鼓风机能够实现无油压缩，在医药、食品、生物等领域，罗茨鼓风机通常用作各种低压气力输送系统的气源设备。
此外，罗茨鼓风机也可以用来输送空气之外的气体，如氢气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、沼气、乙炔、煤气等。如2014年丰田推出的燃料电池汽车Miral，其氢燃料电池中的氢气循环泵就是无油罗茨鼓风机。
2.罗茨真空泵
罗茨真空泵广泛用于真空冶金中的冶炼、脱气、轧制，以及化工、食品、医药工业中的真空蒸馏、真空浓缩和真空干燥等方面。
罗茨真空泵的特点是：启动快，运转维护费用低，抽速大，对被抽气体中所含的少量水蒸汽和灰尘不敏感，在 100～1Pa 压力范围内有较大抽气速率，因此也被称为快速机械真空泵，多作为前级真空泵使用，或被串联在扩散泵与油封式机械真空泵之间，用来提高中间压力范围的抽气量。详细内容参见3.16.4节相关内容。