环境保护和优先发展清洁能源是21世纪世界各国面临的重大任务。水电作为清洁与可再生能源，具有成本低、规模大、调节性强的优势。与常规水轮机设计相比，灯泡贯流式水轮机具有结构紧凑，重量轻，电站厂房高度小，工程投资小的特点。转动部分是水轮机能量转化的重要动力部件，其静动态性能是水轮机组效率及安全运行的重要保障。　　本文结合具体工程项目，综合运用理论计算、有限元分析及优化设计理论，系统研究水轮机组转动部分结构及优化设计方法。主要内容包括：⑴在系统总结灯泡式水轮机组结构特点及总体布置形式基础上，归纳形成了水轮机组设计流程。⑵采用类比设计方法，完成了主轴及转轮体结构设计。基于额定和飞逸工况下理论计算与有限元分析，提出了主轴及转轮体关键结构参数确定方法。⑶基于实验设计及优化算法，系统研究了水轮机转轮体及主轴的结构多目标优化设计方法，并形成了优化设计技术流程。