随着能源消耗的加剧,节能技术的开发应用成为社会经济发展的重要需求。应用有机朗肯循环（ORC）技术将低品位的热能转变为高品位的电能,为节约能源开辟了新途径。膨胀机作为有机朗肯循环热功转换的关键设备,其性能对ORC系统的影响极大。而目前膨胀机多存在效率低、泄露严重、寿命短等缺点。本文针对存在的问题,设计了静压气体轴承向心透平膨胀发电一体机（透平发电一体机）,并搭建了基于此膨胀机的ORC低温余热发电试验平台,进行了相关试验研究。主要研究内容与结果如下:（1）对透平发电一体机进行了热力计算和结构设计。通过热力计算得出了向心透平的性能参数和结构尺寸,然后用Solidworks对蜗壳、静叶、动叶、扩压器等进行了三维建模,最后完成了整个透平发电一体机的设计与制造。（2）对透平发电一体机进行了热力学性能测试。搭建透平发电一体机性能测试平台,以二氧化碳为工质,测试透平发电一体机的性能。试验结果表明:透平的最高转速为26000 r·min^-1时,透平的进出口温降最大为63.6°C,透平的膨胀功最大为20.47 k W,透平的等熵效率最大为80.6%,透平发电一体机的机电效率最大为91.1%。（3）在3 kW小型ORC低温余热发电系统试验研究基础上,用Aspen Plus对50 k W ORC系统进行了性能分析和优化。分析了工况参数对50 k W ORC系统热效率、?效率、?损失等的影响,得出了50 k W ORC系统的最佳运行参数。将基本ORC系统与乏气回热ORC系统进行对比,得出乏气回热ORC系统性能较好,热效率和?效率分别提高了1.37%和4.44%。（4）搭建了基于透平发电一体机的50k W ORC低温余热发电试验平台,并对透平发电一体机和ORC系统进行了试验研究。系统采用饱和水蒸气为热源（150°C）,循环冷却水为冷源（10°C）,R245fa为工质。结合系统控制要求,本文重点试验研究了操作参数对蒸发器出口状态的影响。结果表明,系统内工质流量对蒸发器出口状态影响较大,而热源和冷却水流量影响较小,当蒸发器出口状态出现波动时,应优先调节工质流量,而热源流量和冷却水流量可作为辅助调节。