海底管道回收技术是提高海底废弃管道回收效率、降低海洋环境污染和减少海底管线铺设成本的重要技术,我国的海底管道回收技术虽然已经起步,但是与国外相比还存在较大的差距,为了继续推动国内海底管道回收技术的发展,在当前国际对海底管道回收工具研究的基础上,对海底管道应急回收装置进行设计与研究,并进行了试验验证。通过对海底管道应急回收装置作业工况的详细分析,结合国内外管道回收技术,采用模块化设计方法,确定了海底管道应急回收装置的总体设计方案,设计了海底管道应急回收装置的主插入机构、排水和清管器捕获机构、液压系统、部署臂和尾部吊装机构。针对装置回收管道的方案,建立了主插入机构的数值计算模型,确定了液压系统要提供的力和装置与管道间的接触力。海底管道应急回收装置作业时,液压系统和阻水密封的设计会影响整个作业过程,为解决上述问题,根据液压系统的作业环境和所要提供的驱动力,确定了液压系统方案并通过仿真分析验证了其可行。针对阻水密封要求,建立了阻水密封圈的数学模型,结合理论计算和非线性仿真分析确保阻水密封圈设计的可靠性。此外,基于ANSYS瞬态动力学分析对主插入机构中承载球接触管道的瞬态过程中内外层球笼和承载球的强度进行分析,确保结构满足工作要求。为了进一步验证主插入机构数值计算模型的正确性,通过建立力学模型和动力学仿真对海底管道应急回收装置胀紧管道的过程进行了分析。利用动力学仿真确定了清管器捕获机构要捕获清管器时弹簧所需的刚度。为了保证液压系统能够满足装置回收要求,基于ADAMS和AMESim软件的接口模块进行了联合仿真分析,得到了接口模块驱动力和活塞杆位变化曲线。针对海底管道应急回收装置在回收管道过程中受到的重力、浮力、洋流力和振动等因素影响的问题,采用动力学仿真分析回收管道过程,得到了回收过程中所需的拖拽力,也验证了装置的可行性和稳定性。论文最后对承载球和管道接触问题进行了深入研究,通过对比赫兹接触理论和有限元接触仿真分析结果,赫兹接触理论不适用于此接触问题的分析,明确了采用承载球胀紧管道的优势,为承载球表面硬化提供理论依据。针对承载球与管道缺陷区域的接触问题,建立了接触力的数学模型。通过缩比模型进行接触试验,对试验数据和仿真结果进行对比,验证了有限元接触仿真分析的正确性,进一步明确了胀紧方法的可行性。本文通过理论研究与试验研究相结合,完成了海底管道应急回收装置的研究,为海底管道应急回收装置的样机设计奠定理论基础。