水下分离器是解决海洋石油开采、分相输送和精确计量等问题的关键设备之一。水下分离的效果直接关系石油开采过程中的油气分离率。论文针对柱状旋流式水下分离器总体方案、主尺寸计算及结构分析,水下控制系统进行了研究,并完成了分离器液位控制实验和系统结构实验。研制了一套适用于水下2000m的柱状旋流式水下分离器原理样机。论文针对水下分离的设计要求,进行水下分离器的总体设计,选择水下分离器的分离类型为柱状旋流式水下分离器,确定分离器结构的设计方案和工艺控制方案。在此基础上对水下分离器的机械结构进行了设计,包括:分离器主体尺寸的计算,对水下分离器原理样机进行了建模,并采用ansys有限元分析软件对原理样机进行有限元分析,在外压载荷20Mpa的条件下,得出许用外压为121.6Mpa;在外压载荷50Mpa条件下,得出塑性变形失效的极限载荷为45Mpa,初步校核原理样机设计安全性。分析国外水下分离器的控制系统现状,对水下分离器控制系统提出了设计要求。并完成了总体方案设计,包括:电液控制系统设计和液位与压力调节系统设计,给出了最优设计方案。研究水下分离器原理样机的测试技术原理,对比不同的测量方法确定双压差液位计来测量分离器中液位高度;测试泵的响应性能以及液位变化的控制性能;测试气中含液及液中含气的油、气、水分离性能。最终得到原理样机的测试满足性能要求。对有限元分析得出的危险部位进行高压舱实验,验证外压环境下系统压力容器的结构强度、稳定性、密封性和失效形式,获得了系统压力容器关键结构部位的应力、应变数据,然后将高压舱实验结果同有限元软件分析结果进行对比分析,得出高压舱内水下分离器原理样机的破坏压力为40.5Mpa。结果表明水下分离器强度及稳定性满足设计要求。