随着我国煤矿开采向深井方向发展,水害引起的矿井开采安全问题得到高度重视,煤矿安全规程中提出水文地质条件复杂或者有突水淹井危险的矿井需配备强排水系统,强排水系统可有效延缓淹井时间或者防止淹井,从而减小水害带来的经济、安全损失。潜水闸阀在强排水系统的可靠运行中起着关键作用,因此,本文针对强排系统中潜水闸阀的安全运行展开分析研究,对闸阀的设计开发与工程应用具有重要意义。同时针对闸阀检测手段的不足,设计一种大流量、高扬程的水阀试验检测系统,对水阀不同工况运行的可靠性进行检测,保证水阀运行安全性。为了满足潜水闸阀的安装检修以及使用需求,根据潜水闸阀的设计原则,考虑不同工况下的个性化需求,采用模块化设计方法,对潜水闸阀模块进行设计,完成潜水闸阀的总体设计并建立闸阀的三维模型。为了保证闸阀在水下的密封性能,对闸阀的执行器箱体进行静力学分析,并根据分析结果和实际加工问题,提出执行器箱体改进方案,对设计方案进行合理优化。为了使得潜水闸阀在潜水环境下的稳定运行,对潜水闸阀的液压系统进行设计分析,增加水下“呼吸”装置,利用气囊使闸阀液压系统得到压力补偿。分析了闸阀执行器“呼吸”气囊对液压系统性能的影响,结果表明,气囊的设置增加了闸阀运行的稳定性。对潜水环境下液控单向阀的参数变化进行对比分析,可以看出液控单向阀开启压力的增大,使得液压缸内的压力、流量波动增大;流量梯度的降低,使得液压缸波动压力、流量波动减小,但系统压力明显增大;额定流量的降低,使得液压缸压力波动明显减小;根据分析结果选择最优的单向阀设计参数。为了研究潜水环境下附加水对闸阀动态特性的影响,对闸阀执行器箱体进行干、湿模态仿真分析与试验。通过对执行器干、湿模态的振型云图进行对比分析,可得干、湿模态振型在相同阶数、相同位置处的变形方向相反;通过执行器模态试验对比分析,可知由于附加水的影响,水下模态频率较干模态有相应减小。对设计的闸阀进行样机制作并进行试验检测,结果表明,液压系统保压能力满足要求,空载下可正常启闭,启闭时间满足使用要求。对闸阀进行工业性试验,结果表明,水下液压控制闸阀可长时间在液面下正常工作,可以有效防止潜水泵停止时水锤事故发生。为了更好的检测闸阀在大流量、高扬程工况下的安全性能,本文设计了管道液体输送水阀模拟试验台。对试验台进行原理分析以及结构设计,通过容积泵完成能量的存储,实现高扬程、大流量工况下的矿井排水系统模拟;通过换向阀内插装阀的开关控制,实现对水流的换向,完成水阀开启关闭的模拟。通过容积泵的运动学仿真,对容积泵齿轮转速与传动比进行仿真验证,同时得到活塞运动的速度规律以及运动速度;通过对试验台在储能工作过程中管路的流场速度、压力、涡流强度、湍流强度等流体动态特性分析以及管路应力应变、模态分析,得出试验台水流以及管路的运行特性,为试验台设计及运行提供依据。