本发明属于透平膨胀机技术领域，具体涉及一种大型透平膨胀机转子轴系结构。其技术方案为：一种大型透平膨胀机转子轴系结构，包括主轴，主轴的两端均设置有六方轴段和锥形段，锥形段位于六方轴段靠近主轴中部的一侧；所述主轴的一端设置有膨胀轮，主轴的另一端设置有压机轮，膨胀轮和压机轮内均设置有锥形孔和六方孔，膨胀轮的锥形孔和压机轮的锥形孔与主轴的锥形段配合，膨胀轮的六方孔和压机轮的六方孔与主轴的六方轴段配合。本发明提供了一种转子动平衡精度重复性好的大型透平膨胀机转子轴系结构。