本实用新型公开了一种大气量增压的气体轴承透平膨胀机，包括膨胀轮、增压轮和转子，所述膨胀轮和增压轮安装在所述转子两端，所述转子上套设有两个气体推力轴承，分别用于支撑所述膨胀轮和增压轮，所述转子两侧的主轴止推为台阶结构，所述主轴止推内形成有贯通的、且一端承接止推面处轴承气的第一排气孔，用于排放承载摩擦后的热气体。能够提高气体轴承的可靠性和稳定性，便于实现大气量增压。还提供了一种空分设备，包含所述一种大气量增压的气体轴承透平膨胀机。