深水油气管道作为海底石油开采系统不可或缺的一部分,由于海底环境相对复杂、不可控因素较多,破损现象时有发生,不可避免地造成了一定泄漏,及时修复输油管道、降低经济损失、保护海洋环境逐渐成为重中之重。本文基于原有样机的基础,完成了深水管道作业机具浮力系统的配备,对机具稳定性进行了研究,最后通过实验进行了验证,完成了深水管道作业机具工程样机的研制。根据水下作业技术要求,完成了深水管道作业机具的总体方案设计,并将机具分解为机械结构、电控系统、液压系统、浮力系统四个部分。结构部分采用了自定心夹紧装置,配合横推液压缸完成了机具在管道上的爬行动作,并利用旋转刀盘上搭载的作业刀具完成作业任务;电控系统为上、下位机控制方式,下位机采用PLC作为控制器,上位机负责规划与监控;液压系统采用插装式集成阀以减轻重量,并通过液压飞头实现机具与液压站的连接。根据机具结构形状,结合机具重心位置,提出了机具浮力系统的设计方案及机具入水后的姿态调整方案。完成了浮力系统的建立,并通过仿真分析验证了浮力系统的结构强度、固有频率满足要求;根据机具的稳定性要求,分析了配备浮力系统后的机具在各种工况下的受力情况,分别得到了机具入水后、初步坐落在管道上、在管道上爬行、水中切割管道、陆上切割管道的力学关系。针对机具配备浮力系统后的稳定性进行了水动力学分析。根据机具重心、浮心的相对位置,建立了机具在不同二维平面内的入水模型及机具在三维流场内直行运动的模型,得到了入水时机具重心的位移曲线、机具滚动角及俯仰角随时间变化的曲线,得到了入水后机具倾角随速度变化的曲线,验证了机具入水后的稳定性满足要求。对浮力系统结构的合理性、机具陆上切割管道及入水后的稳定性进行了实验研究,通过机具夹紧装置夹紧或松开、C盘旋转、机具爬行动作的实验,验证了浮力系统结构的合理性;通过机具陆上切割管道的实验,验证了浮力系统可避免与作业刀具共振,机具能够顺利完成作业任务,陆上切割稳定性满足要求;通过机具的入水实验,得到了机具入水后的姿态变化曲线及净浮力大小,观察得到机具在水中直行时的姿态良好,从实验的角度验证了机具入水后的稳定性满足要求。本文对深水管道作业机具的浮力系统配置和调整方法进行了理论分析、仿真分析及实验研究,完成了深水管道作业机具浮力系统配置的研制,为深水管道作业机具工程样机的海试实验及示范应用奠定基础。