水下扭矩工具是海洋油气资源开发必需的基础装备,我国在该领域的研究尚处于初步阶段甚至空白,实际工程中全部依赖进口。随着中美贸易争端加剧,我国海洋石油领域的龙头企业中海油也被列入所谓的实体清单,开发具有自主知识产权的国产化水下特种装备已是当务之急。本课题是海洋石油股份有限公司为满足工程需求而委托的产品研发项目,旨在研制一套可实现定扭矩输出并满足水下作业要求的扭矩工具系统。首先,根据国内外扭矩工具发展现状和用户的具体设计要求,提出了一种适用于1500米水深(带有压力平衡装置)、采用电机驱动、可实现网络化远程控制的深水电动扭矩工具总体设计方案,包括机械结构设计、测控系统设计、微型液压系统设计等主要部分。机械结构设计部分,完成了前端接口尺寸的优化设计,通过Solidwork建立三维模型导入ANSYS中,对前端接口进行有限元仿真,为满足轻量化设计要求,拓扑优化前端接口,在满足强度与刚度要求的前提下,其质量减轻了38%;设计一种液压锁紧装置并对其进行理论计算;完成了压力平衡装置结构设计,计算了压力平衡装置补偿容积;对控制舱壳体进行结构设计,根据控制舱的主要失效形式,通过理论计算得到控制舱壳体的临界压力值,运用Solidworks建立控制舱三维模型,导入ANSYS软件中进行特征值屈曲分析,验证了理论计算合理性,表明设计壁厚满足要求。动力系统部分,以力矩电机作为动力装置,通过三环减速器实现扭矩放大和转速降低。根据扭矩工具电机的技术要求,对电机定转子进行了电磁计算,得出电机效率MAP。基于电机采用充油散热方式,分析了电机温升的影响因素,建立电机热分析模型,进行空油与充油稳态温度场仿真对比实验。完成了三环减速器传动比、齿轮传动主要参数设计和计算,并将理论设计的齿轮传动进行建模导入ADAMS软件中,建立了三环减速器齿轮传动的虚拟样机。完成了扭矩工具测控系统研制,并进行了相关的功能性实验和标定实验,标定实验完成后对扭矩工具进行重复性误差实验,实验结果表明所研制的深水扭矩工具输出扭矩的精度满足设计要求。