竖轴潮流水轮机是近年来被广泛研究的一种海洋潮流能转换装置。本文对一种2×300kW竖轴潮流发电水轮机进行了机构设计，对水轮机进行了传动系统动力学、水动力学和结构动力学分析，验证了潮流发电水轮机实现潮流能转换的可行性。根据竖轴潮流发电水轮机的结构形式、流体动力学特性及水轮机发电技术特点，对竖轴潮流发电水轮机进行了机构设计，建立了水轮机的三维实体模型。对水轮机进行了传动系统动力学分析。根据水轮机传动系统的动力学特性，建立叶轮、增速齿轮箱和发电机等子系统的动力学方程，建立竖轴潮流发电水轮机传动系统的刚性轴系与柔性轴系动力学模型。运用MATLAB/SIMULINK软件结合水轮机传动系统动力学模型在理想流速下对水轮机进行了动态特性分析。对水轮机进行了水动力学分析。根据水轮机运动和受力分析，计算得到实测流速下竖轴潮流发电水轮机的外部载荷函数，为竖轴潮流发电水轮机系统整机的结构动力学分析奠定基础。并分析得到了实际测量流速下水轮机的输出特性，进一步验证了水轮机机构的可行性。通过对水轮机关键部件进行合理的假设和等效，建立了增速器和水轮机整机的模态有限元仿真模型，通过模态分析得到增速器的前10阶和整机的前20阶固有频率和振型特征，结果表明水轮机的固有频率远离潮流载荷、叶轮载荷和发电机转子载荷频率，本文设计的水轮机不存在共振现象。运用模态叠加法，分析水轮机系统整机在潮流载荷、叶轮转子质量不平衡载荷和发电机转子质量不平衡载荷作用下的动态响应，验证结构设计的合理性，并提出了水轮机结构设计中加强某些薄弱部分的一些处理方法。