随着油气资源开采走向深海战略的实施,深水管道连接成为必不可少的关键技术。水平式卡箍连接器作为水下跨接管水平连接装备之一,具有结构简单、安装操作方便、成本低等优点,加快水平卡箍连接技术研究对海洋资源开采具有重要意义。水平式卡箍连接器受深水外压和工作介质内压共同作用,合理的水平卡箍连接方案能够使安装操作简便,合理的密封结构能够使密封可靠。目前的水平连接方法安装较为复杂,密封效果有限,这就亟需提出安装方便的连接方案,设计密封可靠的密封结构,分析在环境载荷作用下的密封性能,这些研究具有非常重大的研究价值。针对以上问题,本文通过研究国内外水平式卡箍连接器,提出一次性插入力矩扳手实现拉近和夹紧的水平连接方案;基于金属密封机理,设计具有双重密封作用的H型密封圈;通过建立密封结构的力学模型,进行预紧和承压状态下轴向力预紧力计算,并进行密封结构强度校核;通过有限元仿真,得到密封接触应力和等效应力情况,为密封优化设计奠定基础。基于赫兹接触理论,建立H型密封接触理论模型,得到密封接触应力分布、接触宽度及密封自紧系数,为优化设计提供理论基础。采用Spearman变量筛选方法,确定相关度大的变量,把密封锥面角度angle和密封球面半径R作为优化设计变量。基于多目标遗传算法,确定最大接触应力和最小轴向预紧力的目标函数,对密封圈进行优化分析。通过密封接触特性仿真,研究密封圈的接触特性和自紧特性,验证优化后的密封圈能够提供稳定可靠的密封。通过研究流体流动基本理论及密封面微观泄漏通道,根据连续性方程和流体运动方程建立泄漏率模型,得到轴向夹紧力与泄漏率的关系公式。研究静密封参数等级和水下管道密封要求,根据连接器密封评定标准,确定满足密封性能的最小轴向力。研究连接器受拉、压、弯、扭外载荷作用的不同泄漏形式,通过建立受拉作用下连接系统的协调变形方程,研究密封结构受外载作用下的力学性能,推导出满足密封要求的极限拉力、压力、弯矩和扭矩载荷。通过对水平式卡箍连接器样机进行静水压力试验,验证了连接器安装操作快速、方便,密封性能满足要求。利用外载荷试验台进行拉、压、弯、扭外载荷试验,对比理论分析和试验结果,得出连接器在极限载荷范围内能够保持良好的密封,表明连接器具有一定的承载能力。