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ATMA 2010 Tous droits de reproduction réservés – ATMA 2010 LATEST DEVELOPMENTS ON MAN DIESEL ALPHA PROPELLERS M. MORTEN, G. RASCH MAN Diesel - Danemark SOMMAIRE Cette conférence présente la gamme de production de MAN Diesel au niveau des ensembles de propulsion tels que réducteurs, lignes d’arbres, hélices. Une présentation rapide de la technologie des hélices est faite : hélices à pales orientables, pales, tuyères. Ensuite cette présentation se recentre sur les outils d’optimisation du rendement propulsif. Une revue des différents paramètres influents est faite avec des exemples à la fois théoriques et pratiques sur Le Bulbe Costa Le gouvernail asymétrique L’hélice Kappel L’hélice avec tuyère Les hélices contra-rotatives ABSTRACT This paper introduces the range of production of the MAN Diesel propulsion systems, including gear boxes , shaftings and propellers. A quick introduction of the propeller technology is done : CP propellers , blades , nozzles. Then the presentation focuses on improvement tools for better efficiency of the propulsion. A review of various influencing parameters is done and various examples are shown both on the theoretical as well as on real results for instance on Costa Bulb Asymmetric rudder Kappel Propeller Propeller with nozzle Contra-rotating propellers

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ATMA 2010

Tous droits de reproduction réservés – ATMA 2010

LATEST DEVELOPMENTS ON MAN DIESEL ALPHA PROPELLERS

M. MORTEN, G. RASCH

MAN Diesel - Danemark

SOMMAIRE

Cette conférence présente la gamme de production de MAN Diesel au niveau des ensembles de propulsion tels que réducteurs, lignes d’arbres, hélices. Une présentation rapide de la technologie des hélices est faite : hélices à pales orientables, pales, tuyères. Ensuite cette présentation se recentre sur les outils d’optimisation du rendement propulsif.

Une revue des différents paramètres influents est faite avec des exemples à la fois théoriques et pratiques sur

• Le Bulbe Costa

• Le gouvernail asymétrique

• L’hélice Kappel

• L’hélice avec tuyère

• Les hélices contra-rotatives

ABSTRACT This paper introduces the range of production of the MAN Diesel propulsion systems, including gear boxes , shaftings and propellers. A quick introduction of the propeller technology is done : CP propellers , blades , nozzles. Then the presentation focuses on improvement tools for better efficiency of the propulsion.

A review of various influencing parameters is done and various examples are shown both on the theoretical as well as on real results for instance on

• Costa Bulb

• Asymmetric rudder

• Kappel Propeller

• Propeller with nozzle

• Contra-rotating propellers

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ATMA 2010 108th SessionATMA 2010, 108th Session

MAN DieselPropulsion SystemsPropulsion Systems

Morten G. RaschSales Manager

2009/11/18© MAN Diesel 2009/11/18© MAN Diesel

Sa es a agePropellers & Aft-ship Systems

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IntroductionIntroduction

MAN Diesel – Propeller Department

Product Port FolioProduct Port Folio

Propeller Design

Effi i i i d iEfficiency improving devices

Nozzle design

2009/11/18© MAN Diesel <2

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MAN Diesel gears and CPP’s in briefMAN Diesel gears and CPP s in brief

First CP propeller patent received in 1902i.e. second oldest brand on the market

First complete propulsion plant delivered in 1902

In 1969 first reduction gears are developed

Today approx 1800 gears and 7000 propeller haveToday approx. 1800 gears and 7000 propeller have been delivered or are on order

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Recent Remarkable OrdersRecent Remarkable Orders

2 x 2xVBS1680 Jan de Nul Dredger Worlds largest hopper suction dredger3 x 2xVBS1560 Ro-Pax for Stena Worlds largest Ro-Pax – 6200 LM 3 S 560 o a o Ste a o ds a gest o a 6 004 x VBS1800 6900 PCTC for Höegh First large car carrier with CPP79 x VBS1380 1100 TEU Feeders Most famous feeder series. 79 CPP sold10 x 2xVBS1080 AHTS vsls for Maersk MD’s (and Aker’s) largest offshore order( ) g

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Propulsion productsPropulsion products

CP P ll f t d f t k i4 hp - year 1904

CP Propellers for two and four-stroke enginesPropeller diameters up to 9,2 m (960-30.000 kW)

Single in/ single out reduction gearboxesF i i 21/31 t 32/44 iFour sizes covering 21/31 to 32/44 engines

(Standard power range 1.200 – 4.500 kW)

Remote control system AT2000For all engine types

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Extended CP Propeller RangeVBS Mk 3VBS Mk. 3

Coverage:

• Two-stroke: Up to 80ME/MC

• Four stroke: Complete program

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VBS Working principleVBS Working principle

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MAN Diesel VBS Propeller & AMG GearboxVBS Propeller & AMG Gearbox

VBS servo oil system integrated in the MAN DieselVBS servo oil system integrated in the MAN Diesel gearbox

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MAN Diesel Four stroke Propulsion PackageFour-stroke Propulsion Package

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CPP Hydraulic Power UnitCPP Hydraulic Power Unit

2009/11/18© MAN Diesel 2007/01/19

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Hydrodynamic Propeller Design AspectsDesign Aspects

OwnerRequirementsRequirements

HullForm

Torsional Vibration Calculations

Off-DesignConditions

TankTest

Design

Engine/Gearbox Shafting

ClassRequirements

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Noise & vibration Requirements

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New COPS ToolDeveloped by MAN DieselDeveloped by MAN Diesel

Better optimization of global parameters

Integration of several programs into one user interface

Inclusion of statistical dataInclusion of statistical data

Gearbox selection/calculation

Drawing / mass elastic dataDrawing / mass elastic data generation

and more..

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The optimum designThe optimum design

The Balanced DesignThe Balanced Design

Fuel Consumption Vibration/Noise/Comfort

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High Skew Propeller Blade DesignHigh Skew Propeller Blade Design

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High Skew Cavitation PatternHigh Skew Cavitation Pattern

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CP Propeller BladesComes in different size and shape- Comes in different size and shape

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Cavitation Tunnel TestingCavitation Tunnel Testing

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Navy Inspection VesselIce class 1AIce class 1A

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Efficiency improving devicesEfficiency improving devices

Type EfficiencyCosta Bulb 2 3%Costa Bulb 2-3%

Asymmetric Rudder 2-4%

Pre swirl fins 3 5%Pre-swirl fins 3-5%

Tip loaded propeller (Kappel) 3-5%

Propeller with nozzle 14%Propeller with nozzle 14%

Contra rotating propeller 10-15%

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Costa Bulb and Twisted RudderEfficiency improvement up to 4%Efficiency improvement up to 4%

Costa Bulb

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Twisted rudder

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Kappel Tip Fin PropellersKappel Tip Fin Propellers

Kappel Tip Fin Propeller3-5 % efficiency gain

N Pl bl d h

2009/11/18© MAN Diesel < 21 >

Non Planer blade shapeComparable to winglets

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CP Propeller with Kappel Blade DesignCP Propeller with Kappel Blade Design

M/F K i F d ikM/F Kronprins Frederik

M/F URD

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New AHT Nozzle DesignsCFD Optimised for Bollard PullCFD Optimised for Bollard Pull

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Computational Fluid DynamicsStreamlines – Bollard Pull ConditionStreamlines – Bollard Pull Condition

2009/11/18© MAN Diesel <

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New AHT Nozzle DesignsNew AHT Nozzle Designs

6-8% Increase in Bollard PullWageningen 19A New MAN Diesel AHT Design

6 8% Increase in Bollard Pull

AHT nozzles have double curvature on both in and outside

2009/11/18© MAN Diesel

both in and outside

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AHT Nozzles (Alpha High Trust)AHT Nozzles (Alpha High Trust)

Bollard Pull Astern

20 0

25,0

30,0

BP

[%]

A n

ozzl

e

Wageningen 19A Versus AHTNot just a nozzle – but a concept solution

5,0

10,0

15,0

20,0

mpr

ovem

ent i

n om

pare

dto

19A

The AHT nozzle is customized to the specific project

0,00 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

Im Co

Power Pd [kW]

Increased astern thrust – for DP and station keeping

Verified in model testingVerified in model testing

Proven in full scale

2009/11/18© MAN Diesel

Proven in full scale

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Comparison of nozzle profilesComparison of nozzle profiles

Traditional all- Nozzle designed Nozzle designedTraditional allround nozzle

Nozzle designed for bollard pull

Nozzle designed for free sailing

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Tool for evaluation speed nozzlesTool for evaluation speed nozzles

60%

70%

30%

40%

50%

60%

r Effi

cien

cy

10%

20%

30%

Prop

elle

Open Propeller Nozzle Propeller0%

0 2 4 6 8 10Thrust Loading Coefficient

Open Propeller Nozzle Propeller

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Thank o for o r attentionThank you for your attention

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