数字式电液调速器以其智能化程度高、动态响应快、稳态误差小以及抗干扰能力强等优点,已成为今后水轮机调速器的发展方向。高速开关阀具有响应速度快、抗污染能力强、易于与电子电路接口等优点,是数字式电液调速器的核心元件。高速开关阀的性能好坏直接影响水轮机调速系统的控制性能,现有的高速开关阀存在着输出流量小、响应速度慢等缺点,不能满足水轮机调速系统的控制要求。本文针对水轮机调速系统对高速开关阀的功能要求和技术指标,设计出了一种新型脉宽调制式高速开关阀。该阀采用单喷嘴挡板阀作先导级,球阀作功率级主阀,通过对该阀的结构设计和理论分析,使所研究的高速开关阀能够满足水轮机调速系统的控制要求。本文所做的工作主要包括如下内容：(1)根据脉宽调制式高速开关阀的技术指标和功能要求,设计出了高速开关阀的具体结构。该阀采用脉宽调制的方式,利用高频电磁铁直接驱动单喷嘴挡板阀的挡板作高速运动,使差动液压缸的活塞在压差作用下推动主阀阀芯高速开关,从而实现进出油口的快速通断。(2)利用Fluent软件对脉宽调制式高速开关阀的主阀流场以及喷嘴挡板阀流场进行了数值仿真。得出了流场的流线图、速度矢量图和压力分布图等；通过对不同结构尺寸和不同边界条件下的流场分析,找出了影响高速开关阀流场特性的相关因素,为该阀结构尺寸的合理选择提供了设计依据。(3)分析了脉宽调制式高速开关阀的静动态特性。在所建立的高速开关阀动态数学模型的基础上,利用MATLAB中的Simulink工具建立了脉宽调制式高速开关阀的时域仿真模型,并对其动态特性进行了数值仿真；并分析了各种因素对高速开关阀动态特性的影响,确定了高速开关阀各主要部件的结构尺寸。本文所研究的脉宽调制式高速开关阀较好地解决了一般高速开关阀响应速度慢以及输出流量较小等问题,满足了水轮机调速系统的控制要求,具有一定的使用价值和广泛的应用前景。