透平膨脹機要求進入膨脹機的氣體全部能通過導流器和工作輪膨脹，產生冷量。但是，由于工作輪是高速轉動的部件，機殼是靜止部件，低溫氣體有可能通過機殼間隙外漏。這將使膨脹機的總制冷量下降，同時將增加冷損。此外，冷量外漏還可能使軸承潤滑油凍結，造成機械故障。因此必須采用可靠的密封。目前普遍采用的密封有兩種類型：迷宮式密封和石墨密封。
迷宮密封的結構如圖70所示。當氣體流經密封間隙時，壓力逐漸降低。泄漏量的大小取決于密封間隙的大小和兩個密封空間的壓差大小。如果密封空間越多，或外側的壓力越高，對每個密封間隙兩側來說，壓差越小，泄漏量也減少。因此，將密封裝置分成兩段，在中間通入比周圍壓力稍高的壓力密封氣，壓力可為0.05～0.10MPa(表壓)。這樣，一方面可減少低溫氣體的泄漏量，減少冷損，同時也可防止軸承的潤滑油滲入密封處，進入膨脹機內。目前空分裝置用的透平膨脹機一般均需通帶壓力的密封氣，密封氣可以用氮氣或氖氦吹除氣。為了防止潤滑油進入膨脹機內，在啟動膨脹機油泵前，應先供壓力密封氣。在停機時，需在油泵停止運轉后才能停壓力密封氣。