在海洋油气开采过程的众多机械设备中,连接装置是油气输送管道间连接的重要设备,对深水连接装置的研究是深入进行海洋开发的基础。卡箍式连接装置是多种深水连接装置中最具发展前景的连接装置形式之一。本文结合国内外卡箍式连接装置技术,以6 inch立式油气管道为连接对象,对连接装置进行整体方案设计、关键结构优化、力学分析、承载性能以及外载荷试验研究。根据深水复杂环境和油气高温高压对技术要求的特殊性,在对卡箍部分、密封装置和对准结构工作原理分析的基础上,完成卡箍式连接装置整体方案设计;并对卡箍机构进行运动分析和仿真。基于卡箍式连接装置设计方案,对卡箍爪进行受力分析,确定卡箍爪接触角对密封接触应力的影响规律;对卡箍爪回转角度、厚度和宽度进行优化设计,确定其结构尺寸的最优值;建立卡箍机构力学模型,分析工作时的预紧力。通过理论分析建立卡箍式连接装置在拉、压、弯、扭四种情况下的力学模型,确定其承载性能;对连接装置在变载荷情况下的密封接触应力进行研究,确定密封接触应力随载荷变化关系。进行卡箍式连接装置试验样机静水压力试验,验证连接装置的密封性能满足工作要求;利用外载荷试验台对卡箍式连接装置分别进行拉、压、弯、扭载荷试验,对比连接装置的理论分析结果与试验结果,验证连接装置的承载性能;对卡箍式连接装置进行海试试验,测试连接装置与辅助工具的配合和安装协调性,同时进行内压试验,检验其在实际工况下连接装置的密封性能和安装可靠性。对实际工况下存在的问题进行研究分析,为以后工程样机的研制提供指导。