海洋具有丰富的石油和天然气资源,随着能源需求的不断增加,人们越来越意识到海洋的重要性,都开始投入巨大的人力物力来开发海洋资源。水下连接器被广泛应用于海洋工程管道连接。本文对卡箍式连接器国内外研究和应用概况进行了综述,分析了几种典型的卡箍式连接器结构。文献报道,目前国外卡箍式连接器的应用最深为水下1500米,其最大内部压力可达到15000psi (10.3MPa)。论文在对水下卡箍式连接器的工作原理的分析基础上,提出了一种水下卡箍式连接器总体设计方案,确定卡箍式连接器本体采用3瓣式结构,缓冲机构采用被动式无源液压缓冲机构,对准机构采用锥体对准机构的设计思想,完成卡箍式连接器的详细设计。对卡箍的密封原理、夹紧原理和缓冲机构的缓冲原理进行了分析,对法兰、卡箍片、ROV接头、对接装置等结构进行了结构设计,对液压缸缸筒、活塞杆、活塞、回复弹簧等结构进行了计算,利用UG三维软件建立了整个连接器的结构模型,对卡箍式连接器的密封结构进行了研究,并设计了卡箍式连接器密封圈。将Solidworks建立的卡箍式连接器的三维模型导入到ADAMS软件中,建立卡箍式连接器各部件的约束和驱动,对卡箍式连接器的下放对准、缓冲着陆以及压紧连接3个过程进行了相应的运动分析。通过对卡箍式连接器各步骤作业的运动学仿真,验证了卡箍式连接器结构方案的正确性和可行性,并对后续的卡箍式连接器结构设计改进和有限元分析提供了相应的依据和参数。采用ANSYS软件对卡箍式连接器组件进行有限元分析,得到法兰压紧组件和卡箍片夹紧组件在最大夹紧载荷作用下的等效应力及位移云图。分析得到关键零部件的最大位移和应力点,对零件的强度进行了验证和校核,通过对危险受力点的分析,对零件的结构优化与改进提供了理论依据。理论分析表明,零件结构的强度满足设计要求,设计参数符合课题目标要求,卡箍片夹紧组件能够达到深水管道压紧的要求,保障了卡箍式连接器对管道的连接作业。最后对材料为12Cr2Mo1的透镜垫密封圈进行了内外压试验研究,结果表明设计的透镜垫密封圈可实现最大内压及1.5倍最大内压下的密封要求,并且,在5MPa及30MPa的外压下,均可实现对内部介质可靠的密封,验证了法兰与密封圈设计的合理性。通过原理分析及计算,获得了卡箍式连接器的具体结构,并利用动态仿真分析、有限元数值分析、压力试验等手段,验证了理论结果的正确性及可行性,完成了卡箍式连接器样机的设计,可为后续的工程化样机的研制提供了参考。