可逆式水泵水轮机被广泛应用于抽水蓄能电站承担基荷的同时，通过变工况运行快速响应电网需求以助力新能源的并网。为提升水泵水轮机的能量效能、结构机能与运行稳定性能，该研究从水力性能与泥沙磨蚀性能2个角度设计一种中高水头水泵水轮机（发电水头HT=315 m，抽水扬程HP=310 m），利用反问题法控制叶片上冠和下环流线的载荷分布，通过曲线插值法拟定子午面流道形状，设计初代水泵水轮机。采用等速度矩法明确蜗壳截面积变化规律，采用等角螺旋线法设计导叶型线。采用拉丁超立方抽样算法结合NSGA-Ⅱ非支配排序多目标遗传算法优化初代水泵水轮机，在设计空间内生成Pareto前沿最优解集。利用SST k-ω湍流模型与Tabakoff磨蚀模型计算各方案的双向水力性能与泥沙磨蚀性能，得到最优方案下抽水与发电模式的最优水力效率分别为91.8%和93.19%，且在0.8QBEP～1.2 QBEP(QBEP为最优工况流量)区间内，2种模式的水力效率均大于85%。此外，相比于转轮叶片进出口侧平行于旋转轴，叶片进水边靠近上冠和下环分别向吸力侧和压力侧偏移角度θ1=6.93°，出水边靠近上冠和下环分别向压力侧和吸力侧偏移角度θ=8.62°时（抽水模式流动方向），叶片的平均磨蚀率在抽水和发电模式下分别下降了9.26%和9.71%。在双向运行模式的不同工况下过流能力与泥沙磨蚀关联性表现为：叶片表面泥沙体积分数平均值、叶片近壁面泥沙速度平均值以及叶片平均磨蚀率分别与流量呈五次函数、二次函数和三次函数关系。该研究可为高性能水泵水轮机的设计优化提供参考。
