本發明公開了一種超臨界二氧化碳離心壓縮機與軸流透平同軸結構,其中,高速啟動電機、離心壓縮機和軸流透平從左至右依次設置在一根主軸上,形成同軸結構,主軸通過變速箱和發電機轉軸連接;工作時,通過高速啟動電機啟動離心壓縮機,離心壓縮機將二氧化碳壓縮至設定高壓壓力,隨后高壓二氧化碳流經穩壓罐,進入回熱器,并利用軸流透平出口高溫工質對高壓二氧化碳進行預熱,然后熱源將高壓二氧化碳加熱到透平入口超臨界狀態,高溫高壓二氧化碳流入軸流透平膨脹做功,將二氧化碳內能轉化為機械能,為離心壓縮機提供軸功的同時,將機械能傳遞至發電機發電;做完功的二氧化碳在流經回熱器后,最終流入冷卻器將溫度降低至離心壓縮機入口所需狀態。