水下连接器是水下生产系统中用于深水管道连接的核心装备之一,卡爪连接器是水下连接器的一个主要发展方向。作为在复杂深水环境下作业的管道连接工具,良好的密封性能是卡爪连接器的重要特征,合理的密封结构是实现该特征的重要基础,对卡爪连接器密封结构及其密封性能的研究具有重要的研究意义和实用价值。本文在综合国内、外卡爪连接器密封技术与传统高压管道密封技术的基础上,以6英寸立式导向非整体式卡爪连接器为对象,从连接器密封方案规划、密封结构受力特性分析以及密封性能试验研究三方面对卡爪连接器密封结构进行了研究。根据连接器传输油气压力高、内外温差大等特点,提出了一种透镜垫式与O型圈式复合的密封圈方案。通过对透镜垫密封机理及连接器工作原理的分析,确定了密封结构方案。从连接器功能要求及卡爪、驱动环的运动轨迹两方面对连接器密封结构的关键零部件进行了详细设计,并对连接器整体进行了运动仿真分析和材料选取。基于透镜垫密封机理和赫兹接触理论,建立了预紧状态和工作状态下核心密封件的力学模型,从密封所需最小轴向预紧力和最大接触应力两方面,对影响密封性能的结构参数进行了分析。利用有限元方法解决了基于最佳密封性能与最小轴向预紧力的结构优化问题,获得了核心密封件的最优结构尺寸,并对最终确定的结构进行了接触特性分析。根据连接器的密封原理,对各密封元件在预紧状态和工作状态下进行了受力特性分析,推导了各元件间力的传导关系,并通过接触特性仿真验证了密封结构放大轴向预紧力的特性。针对连接器在工作状态下因承受跨接管载荷而发生结构破坏的问题,提出了基于环向应力计算连接器承载能力的方法,并对连接器的极限外载荷进行了计算分析。以密封结构试验装置和连接器样机为试验平台,分别进行了密封圈小样试验、密封圈性能试验和连接器密封结构性能试验,探讨了材料硬度、金属镀层等因素对密封结构性能的影响,并将试验结果与计算、分析结果进行对比,验证了本文对连接器密封结构设计与分析方法的合理性。在水下300m进行了连接器海试试验,试验结果表明该连接器能够与其他系统协同配合完成水下连接作业,验证了连接器密封结构的有效性和实用性。