对CO2制冷系统中应用膨胀机的研究现状进行了回顾,在此基础上对跨临界CO2制冷循环中采用透平膨胀机的可行性进行了分析。研究表明透平膨胀机完全适用于家用及商用的跨临界CO2制冷/热泵系统,并通过计算实例给出了采用不同方案和效率的透平膨胀机替代节流阀对CO2制冷系统性能的提升效果。

介绍了一种透平膨胀机叶片及其加厚叶片的结构特点,重点阐述了该叶片机加工工艺方案的实施。实践证明,该方案可行,采用的夹具系统稳定可靠,数控编程加工精确,可做到一次性装夹精加工完成整个叶片。

介绍了一种新型“Ｏ”型橡胶圈的减振支承结构。通过对普通丁晴橡胶“Ｏ”型圈的实验研究，采用Ｋｅｌｖｉｎ－Ｖｏｉｇｔ粘弹性力学模型，得出了丁晴“Ｏ”型橡胶圈的刚度Ｋ随频率增加，先有一上升段，后逐渐下降，而幅值比α、阻龙系数Ｃ随旋转频率的增加而下降，损耗因子η随频率的增加而增大的规律，并在低温透平膨胀机超速试验台的主轴系统减振支承中得到了成功的应用。

透平膨胀机更换新的叶轮转子部件及石墨气封后,重新启动运行时,出现了间歇性无规律异响和振动值增大的现象,且随着膨胀机转速不断提高,异响和振动值不断增大。加强监控透平膨胀机的振动值,直到故障消失,平稳运行。介绍故障发生时透平膨胀机的运行参数和整个故障过程,最后总结了此次故障分析和处理过程中得到的经验。

当今国际上先进的仪表都具有三高性能，即高可靠性、高稳定性、高智能化。空分设备由于系统复杂，一般都配备多种仪表作为工况显示和监视。目前国产空分设备所配透平膨胀机上广泛使用的传统记录仪式转速表，属通用型仪表。它的特点是配套粗略，功能单一，与机械设备的操作规程和工艺要求无直接联系。由于产品几十年一贯制，仍采用分立元件和传统电路结构，并有较多的机械传动部件，因此存在:故障率高、可靠性差、精度低、维护量大、飞记录无时标等间题，不能很好地发挥仪表作为操作工眼睛的作用。

介绍了透平膨胀机专用智能转速表的功能应用特点及其运行效果。

现今氦透平膨胀机的设计,仅有面向各部件的设计方法及步骤,没有完整精准的设计流程,未形成设计体系。为保证环控系统中微型氦透平膨胀机运行的安全性、可靠性及高效性,提出一套基于CAD/CAE/CFD的智能化设计流程,通过一维热力计算、二维气动设计、三维气动分析和强度校核、三维造型和转子动力学分析对微型氦透平膨胀机进行数字化仿真设计,并对设计过程进行系统性数值模拟。确保设计方案可达到氦制冷系统的设计要求,同时为设计微型氦透平膨胀机提供设计制造集成技术。

针对透平膨胀机喷嘴叶片动静部件间隙流动损失问题,首先对喷嘴叶片膨胀比进行计算,并与实验数据进行对比,验证计算方法的准确性和可靠性,然后对加装孔型阻尼密封前后的喷嘴气动性能进行对比计算,结果表明,对于本文计算模型,加装孔型阻尼密封使得喷嘴叶片膨胀比提高1%,焓损失降低5%,且动静部件间隙减小50%后,喷嘴叶片膨胀比进一步提高1%,焓损失进一步下降5%。

根据透平膨胀机的工作原理，基于有限元分析理论，对透平膨胀机的主要部件叶轮进行了结构、温差和气动力耦合作用的强度分析，采用三维实体建模的方法，以叶轮的实际工况为输入条件，通过ANSYS有限元分析软件计算得到了离心力、温差应力和气动力共同作用下的叶轮应力应变分布状况，并对叶轮的安全性进行了校核分析。计算结果表明，气动力载荷使得离心力、温差应力作用时产生的应力应变有减小的趋势。所以，同时考虑离心力、温差应力及气动力耦合作用的叶轮应力应变值更符合叶轮的实际情况。

应用ANSYS有限元软件对透平膨胀机的核心部件——气体轴承进行模态分析和谐响应分析,求解转子的振型、应力分布、固有频率和失稳转速。并对不同轴承半径间隙时的转子动力学分析,根据失稳转速的变化规律,得出所设计的双排径向静压气体轴承的最佳轴承半径间隙Cr=0.02 mm。