Машины, в которых происходит расширение рабочих тел, для получения работы или охлаждения газов в холодильных установках называются детандерами. К таким машинам относятся также пневмодвигатели, паровые машины, паровые и газовые турбины (осевые или центростремительные).

Рабочие усилия в турбине возникают в связи с изменением кинетической энергии. Преобразование кинетической энергии в турбине происходит в каналах неподвижного соплового аппарата и на рабочих лопатках, расположенных на вращающемся диске турбины (в поршневой машине рабочее усилие создается давлением неподвижной массы газа или пара.)

Термодинамические основы расчета всех детандеров одни и те же, а цель расчета – определить работу, которая может быть получена от некоторого количества газа при заданных начальных и конечных параметрах рабочего тела.

Работа детандера зависит (рис. 9.10) от процесса расширения газа. Здесь а-1 – процесс наполнения (рис. 9.10, а); 1-2′ – процесс расширения газа; 2-b – процесс выталкивания. Совокупность рабочих процессов в детандере, как и в компрессоре, не представляет собой замкнутый термодинамический процесс (цикл). Наиболее выгодным по количеству затраченной работы будет изотермический процесс 1-2′. Однако изотермический процесс расширения трудно осуществить, и процессы в детандерах близки к адиабатным.

Рис. 9.10. Рабочие процессы детандера в pv- (а) и TS-координатах (б)

Адиабатная работа расширения 1 кг газа в детандере равна:

.

В то же время, полагая, что в адиабатном процессе pv^k = p₁ v^k₁ , и считая, что в детандере dp < 0, найдем:

Работа детандера при изотермическом процессе расширения равна:

.

Реализовать изотермический процесс расширения в детандере трудно, но можно приблизиться к нему, если в процессе многоступенчатого расширения от р₁ до р₂ подавать теплоту между ступенями (перегревом пара в пароперегревателе, установкой промежуточной камеры сгорания между ступенями газовой турбины).

Мощность детандера, т.е. количество работы, снимаемой с вала детандера в единицу времени, равно:

,

где N_d – мощность, кВт; G – расход газа через детандер, кг/с.

Мощность детандера зависит от конструктивных особенностей детандера, выбора рабочего тела, расхода через него. Наибольшие расходы допускают турбины; они способны развивать большие мощности при малых размерах. Совершенство работы детандера может быть оценено значением КПД:

,

где N_e – действительная мощность, снимаемая с вала детандера. Для современных детандеров (турбин)  = 0,82 …0,85.

И компрессоры, и детандеры являются основными агрегатами современных газовых теплосиловых установок.