水下采油树是水下生产系统的核心装备之一,是水下油气生产不可或缺的一部分。目前美国Cameron公司研发制造的全电采油树已进入海试阶段,其优越性能及发展潜力都是传统液力采油树所不可比拟的。而电控闸阀作为全电采油树中切断介质流通的关键执行机构,其性能优劣直接关系到整个水下生产的安全性和可靠性。因此,对水下采油树电控闸阀系统展开研究,具有重要的理论意义和工程应用价值。通过深入分析国际水下生产设备的设计标准,确定了水下全电采油树电控闸阀的工作条件和动作要求等,为动力侧和液力侧分别采用独立的研究设计方案。完成了1500m水深,10000psi下全电采油树生产主阀的重要零件设计和材料选择。提出了一种新型的卡块机械连接结构,并借助分析软件ANSYS Workbench对该连接结构和传统连接机构进行对比研究,结果表明:该新型机构能有效提高阀体阀盖连接力且可显著缩小设备尺寸。结合国际电力设备的相关设计标准,确定了执行机构的动作要求和尺寸需求等。根据液力侧的受力分析,完成了电控闸阀系统动力侧的电机选型,减速比设计,运动转换方案设计。为适应阀门工况,选择螺旋压缩弹簧作为失效关闭方案的蓄能主体,并设计了与之匹配的压力内平衡结构,缩小尺寸的同时保证了阀门失效安全方案的可靠性。基于COMSOL Multiphisics软件和流体数值分析方法,对闸阀在高压流道内的工作细节进行了仿真模拟。仿真实验结果表明:楔形闸板在该工况下优于其他两种闸板,并且结合小孔流动和缝隙流动进行了相关理论解释。根据实验结果给出了三个闸板角度对闸板工作性能的影响程度,并完成了相关的参数优选。研制了一套样机闸阀执行机构,该执行机构能够完全实现电控闸阀的动作要求,实现电控阀门打开、打开锁紧、关闭以及失效关闭动作,验证了闸阀执行机构设计的合理性。同时,基于STM32单片机和Qt编程语言开发了相应的测控系统,完成了下位机和上位机系统开发,实现了相应的运动控制以及数据采集。提出了以Kalman Filtering算法为核心的滤波方法,结合信号采集的Simulink模型,在上位机软件中实现了监测信号的数字滤波。