水压技术是一项环保、安全、经济、高效的新技术,非常适宜应用于食品、医药、海洋与海底开采等领域及一些大型高危工矿部门。随着石油等矿物资源的日益枯竭,精密机械加工技术、润滑与密封技术、材料科学、计算机科学的发展与进步以及人们环保意识的不断提高,推广应用水压技术的时机已经成熟。本文基于水压技术的诸多优点,将其与广泛应用于我国煤矿井下的外注式单体液压支柱相结合,针对单体液压支柱三用阀工作中面临的具体问题,对其进行了系统地分析与研究,并结合水介质易泄漏、易发生气蚀等问题,探讨了新结构对三用阀性能的影响,计算出了适用于水的三用阀结构参数,建立了整个三用阀的三维模型,并对其重要零部件进行了结构静力学分析。仿真表明,水介质单体液压支柱三用阀重要零部件的安全系数均大于2,在额定工作压力下能够满足强度准则。本文将微造型结构应用于水介质单体液压支柱三用阀。使用Fluent动网格技术与UDF功能,对阀芯带有微造型结构的安全阀部分进行了详细的流场仿真,得出了安全阀工作中不同时刻的压力和速度分布,分析了不同宽度、深度和沉陷比的微造型结构对阀内流场的影响。仿真结果表明,具有微造型结构的安全阀阀芯可明显改善阀内流场,使阀内负压值减小约15%,并可抑制阀内水流速度,缓解安全阀的气蚀与冲蚀损害。此外,本文还通过安全阀连续性方程和阀芯力平衡方程,建立了安全阀的数学模型,以安全阀入口流量为输入量,对三用阀的安全阀部分进行了动态特性分析,得出了安全阀弹簧刚度、阀芯组件质量等参数对其动态性能的影响。研究和设计水介质单体液压支柱三用阀对我国煤矿水压技术的应用有着很强的理论价值和实际意义,同时对推进水压技术的实用化以及其它水压元件的研发也具有一定的借鉴意义。